Valsts pētījuma programma 2005 - 2008 Projekts Nr. 1 Projekts Nr. 2 Projekts Nr. 3 MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU MIKROELEKTRONIKAI, NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI, BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts Nr.
Download ReportTranscript Valsts pētījuma programma 2005 - 2008 Projekts Nr. 1 Projekts Nr. 2 Projekts Nr. 3 MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU MIKROELEKTRONIKAI, NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI, BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts Nr.
Slide 1
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 2
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 3
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 4
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 5
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 6
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 7
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 8
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 9
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 10
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 11
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 12
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 13
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 14
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 15
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 16
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 17
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 18
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 19
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 20
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 21
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 22
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 23
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 24
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 25
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 26
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 27
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 28
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 29
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 30
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 31
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 32
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 33
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 34
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 35
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 36
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 37
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 38
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 39
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 40
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 41
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 42
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 43
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 44
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 45
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 46
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 47
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 48
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 49
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 50
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 51
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 52
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 53
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 54
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 55
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 56
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 57
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 58
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 59
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 60
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 61
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 62
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 63
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 64
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 65
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 66
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 67
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 68
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 69
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 70
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 71
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 72
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 73
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 74
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 75
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 2
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 3
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 4
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 5
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 6
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 7
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 8
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 9
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 10
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 11
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 12
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 13
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 14
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 15
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 16
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 17
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 18
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 19
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 20
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 21
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 22
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 23
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 24
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 25
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 26
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 27
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 28
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 29
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 30
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 31
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 32
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 33
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 34
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 35
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 36
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 37
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 38
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 39
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 40
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 41
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 42
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 43
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 44
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 45
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 46
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 47
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 48
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 49
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 50
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 51
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 52
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 53
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 54
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 55
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 56
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 57
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 58
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 59
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 60
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 61
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 62
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 63
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 64
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 65
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 66
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 67
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 68
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 69
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 70
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 71
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 72
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 73
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 74
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75
Slide 75
Valsts pētījuma programma
2005 - 2008
Projekts
Nr. 1
Projekts
Nr. 2
Projekts
Nr. 3
MODERNU FUNKCIONĀLU MATERIĀLU
MIKROELEKTRONIKAI,
NANOELEKTRONIKAI, FOTONIKAI,
BIOMEDICĪNAI UN KONSTRUKTĪVO
KOMPOZĪTU, KĀ ARĪ ATBILSTOŠO
Projekts TEHNOLOĢIJU IZSTRĀDE Projekts
Nr. 4
Projekts
Nr. 5
Nr. 6
“Perspektīvi biomateriāli un medicīnas tehnoloģijas”
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
1
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
2
Galvenās pētniecības grupas
1. Biokeramikas sintēzes un pētniecības grupa
vad. Dr.sc.ing. Līga Bērziņa-Cimdiņa (RTU)
2. Biopolimēru tehnoloģijas pētniecības grupa
vad. Dr.chem. V.Krilova (RTU)
3. Biomateriālu un restaurēto biosistēmu biomehānikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.sc.ing. Vladimirs Kasjanovs (RTU)
4. Bioloģisko audu un biomateriālu mijiedarbības zonas izpētes grupa
vad. Dr.habil.med. Māra Pilmane (RSU)
6. Biomateriālu implantu in vivo un klīnisko pārbaužu grupa
vad. Dr.habil.med. Andrejs Skaģers (RSU)
5. Bioloģisko šūnu atbildes reakciju pētījumu grupa
vad. Dr.habil.med. Juta Kroiča (RSU)
7. Biomateriālu in vitro pētniecība
vad. Dr. Chem. I.Šestakova (OSI)
8. Dabīgo biosistēmu medicīnskās fizikas pētījumu grupa
vad. Dr.habil.phys. Jānis Spīgulis (LU)
9. Medicīniskās fizikas pētniecība.
vad. Dr.habil.phys. N. Mironova Ulmane, Dr.habil.phys. M. Ozoliņš (LU CFI)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
3
RTU RBIAC 2008.gada septembrī tiek pasniegts ISO
9001:2000 kvalitātes sertifikāts
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
4
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
5
1. Turpināt biomateriālu modificēšanu un struktūras – īpašību kopsakarību
pētījumus kalcija fosfātu, titāna oksīdu un PMMA sistēmās.
2. Veikt kalcija fosfātu biokeramisko paraugu optimālo sēriju sagatavošanu
in vitro un in vivo pētījumiem.
3. Stikla keramisko biomateriālu virsmas īpašību modificēšana un virsmas
struktūras ietekme uz šūnu atbildes reakcijām in vitro pētījumos.
4. Sintezēto biomateriālu biomehānisko īpašību izpēte un šo īpašību
uzlabošanas iespējas.
5. Jaunu implantu paraugu izgatavošanas tehnoloģiju aprobācija un
paraugu izgatavošana klīniskiem eksperimentiem.
6. Tālāk attīstīt ādas lāzeru autofluorescences dilšanas attēlu veidošanas
metodiku un noteikt difūzās refleksijas dinamikas raksturlielumus,
izmantojot jauna veida vairākšķiedru kontaktzondi veselai un
patoloģiskai ādai un novērtēt šo metožu diagnostisko potenciālu.
7. Šķidro kristālu briļļu izveide un acs aberāciju monitorings pacientiem
pēc acs lāzeru operācijām. Aberāciju adaptīvās optikas kompensācijas
iekārtas izveide.
8. Ramana spektroskopijas metodes pielietošanas iespēja hidroksilapatīta
(HAp) saturošu materiālu izpētē.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
6
9. Dabīgo pretmikrobo peptīdu - defensīnu audos ap implantu noteikšanas metodikas izstrāde
un mezodermu ietekmējošo gēnu noteikšana ap implantiem esošos balstaudos.
10. Augšanas faktoru un to receptoru korelācija mīksto audu struktūrās ap implantātiem.
11. Noteikt Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium
biomateriāla minimālo inficējošo devu uz modificētas biokeramikas virsmas in vivo un in
vitro pētījumos.
12. In vivo 24 trušiem implantēt dažādās koncentrācijās medikamentozi modificētus
(diklofenaks, lidokains, deksametazons) HAp implantus un nodošanu histoloģiskai,
imūnhistoķīmiskai un elektronmikroskopiskai izmeklēšanai.
13. 6 trušiem implantēt žokļos HAp blokus ar stabilu to fiksāciju, sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 1 un 3 mēnešiem un oseointegrācijas novērtēšanu 3D kompjūtertomogrāfijā
un histoloģiski.
14. Uzsākt ar trombocītiem bagātinātas asins plazmas iegūšanu un izmantošanu HAp
implantātu uzpildīšanai ar augšanas faktoriem atrofisku žokļu pastiprināšanai pirms zobu
implantu ievietošanas.
15. Turpināt augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšanas operācijas ar HAp, TCP un
HAp/TCP granulām (40 pacienti) un zobu ekstrakcijas brūču pildīšanu ar biokeramikas
materiāliem (25 pacienti). Veikt biokeramikas materiālu implantācijas žokļos rezultātu
izvērtēšanu pielietojot datorizētu programmu, klīniskas, rentgenoloģiskas un
radiodensitometriskas izmeklēšanas datus 300 pacientiem.
16. Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
17. Apkopot VPP ietvaros veiktos biomateriālu pētniecības rezultātus zinātniskā izdevumā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
7
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
8
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
9
Stikla keramiskie biomateriāli
Veikt viena un tā paša sastāva ar Na2O
modificētu niobiju oksīdu un kalcija fosfātus
saturošas šihtas 11 dažādi kausējumi ar mērķi
iegūt stiklu. Pētītas kristalizācijas īpašības
visiem 11 kausējumiem.
No 3 kausējumiem, dažādos temperatūras
režīmos iegūta stikla keramika -SK, kuras
izpētei veikta virkne analīžu (XRD, DTA, IS,
SEM u.c.).
Konstatēts, ka stikla kausējuma sagatavošana
ir viens no būtiskākajiem faktoriem SK
ieguvē. Tālāk variējot stikla pulvera
saķepšanas temperatūras režīmu, mainās SK
kristāliskuma pakāpe, fāzu sastāvs, kas ir
būtiski biosaderību ietekmējoši faktori.
SK modificēšana veikta ar termiskās
apstrādes parametru-temperatūra un laiks
ietekmi uz SK struktūras izmaiņām.
Izgatavotas septiņas stikla keramikas
paraugu sērijas ar diferencētu virsmas
struktūru un fāžu sastāvu in vitro izpētei SK
iedarbībai ar baktērijām.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
10
Kalcija fosfāta keramika no HAp un kalcija
metafosfāta stikla
Izejvielu
izpēte un izvēle
DTA; augsttemperatūras MS;
XRD; IS;
Ca/P aprēķini
Malšana/jaukšana
i-PrOH
STIKLS: 0%; 2,5%; 5,0%; 7,0%
Ca/P: 1,67; 1,62; 1,57; 1,53
Izostatiskā
presēšana (2 MPa)
Apdedzināšana
1100°C; 1150°C; 1200°C; 1300°C
Keramikas analīze
XRD; IS;
sarukums; porainība;
mehāniskā izturība
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
11
Stikla piedevu ietekme uz kalcija fosfātu
keramikas sastāvu
HAp
TCP
97%
3%
74%
26%
42%
58%
15%
75%
Termiskā stabilitāte
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
12
Kalcija fosfāta keramika no HAp un
kalcija metafosfāta stikla
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
13
HAp pulvera iegūšana izsmidzināšanas žāvētavā
1. Izsmidzinātājs
2. Elektriskais sildītājs
3. Cilindrs, kur tiek izsmidzināts
šķidrums
4. Cilkolns, kas atdala vielu daļiņas
no gāzes plūsmas. Savacējtrauks
5. Izejas filtrs
6. Ventilātors, kas pumpē gaisu cauri
iekārtas sistēmai.
Izsmidzināts HAp pulveris
Izsmidzināts HAp pulveris
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Izsmidzināts HAp un
apdedzināts pie 1100ºC
14
Kaulu cementi uz PMMA bāzes
Komerciālie akrila kaulu cementi, kurus
lieto atjaunojošā un aizvietojošā ķirurģijā, ir
veidoti pamatā uz P(MMA)-MMA sistēmas
bāzes. Šos cementus praksē lieto vairāk nekā
40 gadus ar labiem klīniskiem rezultātiem.
BZPL izstrādāto cementu pamatā ir
sistēma P(MMA-heksilakrilāts)etilmetakrilāts-trietilēnglikoldimetakrilāts.
BZPL cementiem piemīt dažas
priekšrocības salīdzinot ar P(MMA)-MMA
cementiem - labāki sacietēšanas parametri,
mazāks sarukums, lielāka elastība.
Augšstilba kauls ar implantētu
gūžas endoprotēzi
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
15
Iepriekšējos darba posmos tika izstrādāts akrila kaulu cements ar 3-D polimēra
struktūru, kura pamatā ir sistēma P[MMA-heksilakrilāts]-etilmetakrilātstrietilēnglikoldimetakrilāts.
Cementam piemīt zemāka polimerizācijas maksimālā temperatūra salīdzinot ar
(MMA)-MMA cementiem.
Lai palielinātu cementa biosaderību, cementa cietā fāzē tika ievadītas piedevasHAp vai hitozāns, taču biosaderības palielināšanu parasti pavada mehāniskās
stiprības liecē samazināšana.
Tālāk optimizējot cementa ķīmisko sastāvu, ir izstrādāts cementa cietās fāzes
sastāvs:
CH3
/
[-CH2 –C-]k
/
C=O
/
O
/
CH3
CH3
/
[-CH2-C-]l
/
C=O
/
O
C2H5
/
/
CH2CH-CH2CH2CH2CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
16
Cietās fāzes šķīdība šķidrajā fāzē ietekmē polimerizācijas maisījuma viskozitāti un
ar to arī polimerizācijas procesa autopaātrinājuma stadijas sākumu.
Kopolimēra šķīdība cementa pagatavošanas laikā atkarīga no granulu izmēra un to
porainības vai specifiskā blīvuma un, protams, no kopolimēra ķīmiskā sastāva.
Sintezēta suspensijas polimerizācijas procesā MMA-2-etilheksilmetakrilāta
kopolimēra granulu sadale pēc izmēriem norāda uz relatīvi šauru izmēru
diapazonu. Kopolimēra ķīmiskais un granulometriskais sastāvs nodrošina vēlamu
šķīdības ātrumu polimerizācijas laikā.
Vid.aritm.diametrs – 62.0µm
Vid. aritm.deviācija- 18.0µm
Vid. kvadrat.deviācija– 24.1µm
Variācijas koef.-38.9%.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
17
Akrila kaulu cementa sastāva ķīmiskā modifikācija jonogēno grupu
ievadīšanas ceļā ļauj prognozēt cementa bioaktivitātes palielināšanu.
Kaulu cementa polimerizētas šķidrās fāzes sastāvs:
CH3
/
[-H2C-C-]n
/
COOC2H5
EMA
CH3
/
[-H2C-C-]m
/
O=C-O(CH2CH2O)3- C=O
/
TEGDMA
[-CH2 -C-]m
/
CH3
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
CH3
/
[-H2C-C-]k
/
C=O
/
OH
MAS
18
Metakrilskābes ievadīšana šķidrā fāzē izraisa polimerizācijas procesa
intensifikācijas. Tas, savukārt, veicina nepolimerizēto komponentu
daudzuma samazināšanos:
Oksidēšanas agenta
daudzums,
100xmgO2/ml
Ekstraktu oksidējamība
3
2.5
ABC
2
ABC(2v%MAS)
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
19
Metakrilskābes posmu ievadīšana kaulu cementa sastāvā palielina to
hidrofilitāti, kā arī modeļa proteīna (fermenta) līzocīma adsorbciju.
Līzocīms izvēlēts par modeli sakarā ar tā IP un molekulārās masas
lieluma līdzību ar augšanas proteīnu parametriem.
Līzocīma adsorbcija
2.5
2
1.5
1
ABC-10
0.5
ABC-10-2%MAA
0
ABC-10-5%MAA
0
2
4
Adsorbcija,
mkg/cm2
Svara pieaugums, %
Ūdens sorbcija
30
25
20
15
10
5
0
1
6
2
3
MAS daudzums šķidrā fāzē:
1-0; 2-2v%; 3-5v%
Laiks, st/24
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
20
Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē
Kaulu cements
Graujošais
spriegums, MPa
Elastības modulis,
MPa
ABC
57.56±8.32
1907±314
ABC (2v% MAS)
50.08±8.78
1641±287
•Kaulu cementa mehāniskā stiprība liecē pētīta pēc paraugu izturēšanas fosfāta buferšķīduma (pH
7.3, j.s. 0.15) 7 dienu laikā.
•Dati liecina, ka karboksilgrupu ievadīšana cementa sastāvā palielina iespējamo bioaktivitāti bez
būtiskas mehānisko īpašību pasliktināšanos.
Kaula cementu sprieguma - deformācijas
sakarība vienass spiedē
ABC7+20%Hitozāns
Spriegums, MPa
60
ABC 7
40
ABC7+20%Hitīns
20
0
0
5
10
Deformācija ,%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
21
Implantu ieguve ar porainu struktūru
Tehnoloģiskā shēma
HAp pulveris
Ūdens/organisks
šķīdinātājs
Poru veidojošai
aģents
Plastiska masa
3D formas
izgatavošana
Formēšana
Žāvēšana/
saķepināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
22
Porainas HAp keramikas struktūra
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
23
Porainas HAp keramikas struktūra
Uzputots (gaiss) Pkop=35%, Patv=30%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=40%, Patv=32%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=65%, Patv=55%
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=45%, Patv=40%
Amonija hidrogenkarbonāts
Pkop=75%, Patv=70%
11.12.2008
24
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
27 augšžokļa premolāri 3 grupās (n= 9):
I- intakti zobi (kontroles grupa),
II- MOD kavitātes, atjaunotas ar keramiku Finesse,
III- MOD kavitātes, plombētas ar kompozītu
Filtek P60
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
25
Aksiāla kompresīva slogošana
Cilindrs 3,2 mm
diametrā
Ātrums 0,5 mm/min
Cilindrs kontaktē ar restaurāciju
okluzālajām virsmām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
26
SEM analīze
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
27
Rezultāti. Lūzuma veidi SEM
Keramikas inlejas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
28
Rezultāti. Šķērsgriezumi SEM
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
29
Zoba lūzuma novērtējums pie dažādiem
plombēšanas materiāliem
Kompozīta grupā zemāka lūzuma izturība
2. Keramikas grupā un intaktiem zobiem līdzīga
lūzuma izturība
3. Lūzumi ir kopā ar zoba pauguru
4. SEM analīzē novēro labu materiālu saistību pie
zoba audiem
1.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
30
Ādas lāzeru autofluoriscence
•
Būtiski pilnveidota lāzeru autofluorescences dilšanas laiku sadalījuma attēlu iegūšanas
un analīzes metodika. Pašlaik šādus attēlus iegūstam ar divām iekārtām – digitālo
fotokameru (ar spektrāliem filtriem, kas izdala fluorescences maksimuma joslu) secīgu
kadru uzņemšanas režīmā, un nesen ERAF projektā iegādāto hiperspektrālās
attēlošanas kameru, kurai ir ievērojami plašākas funkcionālās iespējas (katrā attēla
pikselī iespējams izmērīt uztvertā starojuma spektru ar izšķirtspēju 2-5 nm).
•Ir pārliecinoši pierādīts, ka ādas patoloģiju (vidēji pigmentētu un hiper-pigmentētu nevi)
rajonos autofluorescences dzišanas laiki ir ievērojami lielāki, kā apkārtējā veselā ādā. Arī
patoloģiju zonās ir novērotas strukturētas dzišanas laiku „saliņas” jeb klāsteri, kas
perspektīvā varētu tikt izmantots ādas patoloģiju (t. sk. audzēju) struktūras un robežu
precīzākai diagnostikai.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
31
Hiperspektrālie mērījumi
532 nm ierosme
405 nm ierosme
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
32
Hiperspektrālie mērījumi dažādās spektra joslās
Rezultāti iegūti ar Nuance multi – spektrālo kameru
Vesela āda
532 nm ierosme
Dilšana pie 620 nm
405 nm ierosme
Dilšana pie 540 nm
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Dilšana pie 660 nm
Dilšana pie 620 nm
11.12.2008
33
Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumi
•Ādas difūzās refleksijas spektru mērījumu kalibrācijai un labākai
interpretācijai tika veikta eksperimentu sērija ar ādas maketiem,
variējot tajos hemoglobīna koncentrāciju.
•Maketu mērījumu rezultāti deva iespēja kvantitatīvi novērtēt ādas
atjaunošanās procesus pēc lāzeroperācijām, izmantojot in-vivo
klīnisko mērījumu datus. Atjaunojoties zemādas asinsritei, palielinās
optiski detektējamā oksi-hemoglobīna daudzums, kas tika novērtēts,
salīdzinot in-vivo un ādas maketu mērījumu datus.
•Šī metodika pēc tālākas pilnveidošanas varēs tikt izmantota
dermatoloģiskās klīnikās un lāzerplastikas centros.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
34
Ādas difūzās refleksijas spektru attiecības
In vivo mērījumu rezultāti liecina par to, ka oksi-hemoglobīnu var izmantot kā ādas
asisnsvadu patoloģiju diagnostikas kritēriju.
Hemoglobīna daudzuma novērtēšanai tika izveidoti ādas maketi ar dažādām Hb
koncentrācijām.
1.2
1,6
cHb=11%
1.0
Hb+IL / IL
In-vivo mērījumi
Portvīna traips /Vesela āda
Ādas maketi
1,4
0.8
D=0,4 mm
D=2 mm
D=5 mm
0.6
0.4
Pirms lāzerterapijas
Uzreiz pēc lāzerterap.
Pēc vairākiem mēnešiem
1,2
1,0
0.2
0.0
400
0,8
500
600
700
800
Viļņa garums, nm
900
450
500
550
600
Viļņa garums, nm
650
Hb – hemoglobīns (absorbcijas imitācija)
IL – Intralipīds (izkliedes imitācija)
D – attālums starp avota-detektora šķiedrām
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
35
700
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšana
Hemoglobīna koncentrācijas novērtēšanai tika salīdzināti aprēķināto spektru
(500-700nm) laukumi maketos un in-vivo mērījumos
550
500
400
Laukms, rel.v.
Laukums, rel.v.
450
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
350
300
250
200
150
100
50
2%
3%
5%
7%
11%
13%
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Laukums (500-600nm)
Laukums (500-700nm)
0
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
2
3
Diagnoze
Hemoglobīna koncentrācija
Aprēķinātais laukums ādas maketos ar
dažādām hemoglobīna koncentrācijām
1
Aprēķinātais laukums dažādām portvīna
traipu ārstēšanas stadijām.
1 - atveseļošanās
2 – portvīna traips
3 – pēc apstrādes
11.12.2008
36
4
Šķidro kristālu briļļu izveide ambliopijas pētījumiem
un treniņiem. Aberāciju adaptīvās optikas
kompensācijas iekārtas izveide.
Ir veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā
un izveidotas metodikas paralēlam psihofizikālam redzes
funkciju novērtējumam.
Izveidotā jaunā iekārta atļauj: gan veikt aberāciju mērījumus
dažādiem redzes korekcijā izmantojamiem briļļu paveidiem
(izmantojot redzamo lāzeru starojumu) un jaunizveidotiem viļņu
frontes korekcijas elementiem, kā arī to papildināt ar
infrasarkanā lāzera starojumu cilvēku acs aberāciju noteikšanai
un to kompensācijai ar adaptīvās optikas spoguļu palīdzību.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
37
Acs aberāciju
mērīšanas ar viļņu
frontes korekcijas
iespējām, lietojot
adaptīvās optikas
spoguļus uzstādīšana –
sadarbībā ar Maskavas
Universitāti.
Optisko elementu radīto
viļņu frontes kropļojumu
mērīšanas iekārta.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
38
Pasīvo acs aberāciju kompensējošo elementu izveide uz
amorfo pusvadītāju bāzes
Veikti pētījumi As40S15Se45 amorfos pusvadītājos, lai ar fotoinducēto kodināšanu
izveidotu pasīvos acs aberāciju kompensējošus elementus. Iegūtās fāzu plāksnītes, kas
atstarošanās režīmā ļauj kompensēt fāzu fronti līdz 1.5p.
Hartmanogramma fāzu
plāksnītei (atstarošanās
režīmā), kas izveidota
fotoķīmiski selektīvi
kodinot As40S15Se45
slānīti.
Reconstructed wavefront
profile of the customize
As40S15Se45 phase plate
Ieejas dati: viļņu fronte, kas iegūta
pēc subjekta acs aberāciju mērījumiem
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Acs aberācijas labojošā
viļņu fronte, ko iegūst,
pielietojot As40S15Se45
pasīvo adaptīvās optikas
spoguli.
39
Ramana spektroskopija biokeramikas pētniecībā
Hap-Mn
Teeth
enamel
20000
Raman
intensity
Raman
intensity
50000
40000
30000
10000
20000
10000
Zobu emalja
0
0
500
500
Komerciālais HAp
1000
1000
1500
1500
2000
2500
2000
Raman
shiftcmcm
Raman shift
-1
3000
2500
3500
3000
-1
BZPL sintezētais HAp
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
40
Ramana spektroskopijas nozīme
vielas struktūras noteikšanai
TiO2 anatāzs
Gaisā
apdedzin.
TiO2 rutils
Bezskābekļa
vidē
apdedzin.
TiO2 rutils
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
41
Biokeramika in vivo
Defensīna analīze
Dabīgai pretmikrobu peptīds-defensīns tika atrasts matu folikulos, tauku dziedzeros, asinsvados
un virsmas epitēlija audos ap 4NK un HAp implantiem pēc 3 mēnešu ilga perioda (nozīmīgos
daudzumos arī pēc sešu mēnešu perioda).
4NK
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp
11.12.2008
42
Biokeramika in vivo
HAp reaktogenitātes noteikšanai mīkstajos audos.
HAp ievietots elastīgā skrimšļa
zonās, kur tika novērota bagātīga
FGFR1 ekspresija
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
TGFß galvenokārt tika novērots
hondroģenēzes šūnās augšanas zonās
11.12.2008
43
Biokeramika in vitro
Staphylococcus epidermidis kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla
pēc 24 h kolonizācijas
S.epidermidis kolonija
uz biomateriāla
virsmas
S.epidermidis kolonijas
daļa, kas pilnībā
pārklāta ar glikokaliksu
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
44
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Ps.aeruginosa
Raksturīga pseidomonu
biofilmas struktūra – redzami
kanāli, kas to caurvij
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
Bioplēve, kas
pārklāj
pseidomonas
koloniju
45
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (B variants)
Pēc 48 h kolonizācijas ievērojami blīvāks kļuvis glikokaliksa slānis, kas pārklāj koloniju
un mazāk redzami ir koloniju caururbjošie kanāli
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
46
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 24 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc atšķirīgas
tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Uz D+ biomateriāla varianta novērojama ievērojami mazāka pseidomonu kolonizācijas
pakāpe ar ievērojami mazāku koloniju pārklājošo glikokaliksa slāni
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
47
Biokeramika in vitro
Pseudomonas aeruginosa 48 h kolonizācijas pakāpe uz 4N biomateriāla pēc
atšķirīgas tehnoloģijas iegūtiem variantiem (D+ variants)
Salīdzinājumā ar B variantu, D+ b/m variantā kolonizācijas pakāpe nav tik intensīva, cik
glikokaliksa plēves veidošanās intensitāte virs kolonijas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
48
HAp keramika in vivo
Veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu
sintētiskā porainā HAp tablešu implantācija 24 trušiem
subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā
Paraugu izņemšana notika pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
49
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 2 nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu
B
C
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
50
HAp keramika in vivo
Muskuļu audi 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas (hem/eoz, x200)
HAp keramika ar deksametazonu;
A
HAp keramika ar lidokaīnu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
51
HAp keramika in vivo
Nervu augšanas faktora NGFR p75 ekspresija muskuļu audos divas nedēļas
pēc HAp keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x200)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
52
HAp keramika in vivo
Tumora nekrozes faktora TNFα ekspresija muskuļu audos divas nedēļas pēc HAp
keramikas ar deksametazonu implantēšanas (IMH, x400)
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
53
HAp keramika in vivo
Transformējošā augšanas faktora TGF β kaulaudos 3 mēnešus pēc
implantēšanas (IMH, 400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika
A
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
B
11.12.2008
54
HAp keramika in vivo
Apoptoze kaulu šūnās divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x400)
HAp keramika ar lidokaīnu;
HAp keramika ar deksametazonu;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
HAp keramika
55
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos divas nedēļas pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
C
11.12.2008
56
HAp keramika in vivo
Apoptoze mīkstajos audos 3 mēnešus pēc HAp keramikas implantēšanas
(IMH, TUNEL, x200)
HAp keramika ar lidokaīnu;
A
HAp keramika
HAp keramika ar deksametazonu;
B
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
C
11.12.2008
57
Secinājumi pēc medikamentozi modificēta HAp
keramikas in vivo
Audos ap HAp tabletēm, kuras uzpildītas ar deksametazonu
pēc 2 nedēļām bija ievērojams apoptozes pieaugums, izteikta
TNFα un NGFRp75 ekspresija.
Mīkstajos audos un kaulaudos vērojama izteikta TGFß
ekspresija.
HAp implantātu piesātināšana ar deksametazonu un lidokainu
var ietekmēt kontaktaudu atbildes reakciju pozitīvas
reaktogenitātes virzienā.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
58
HAp keramiskās granulas in vivo
6 trušiem apakšžokļa korpusa rajonā implantēti HAp bloki (2x5x10 mm ).
Pēc 3 mēnešiem truša apakšžoklī zem periosta notiek aktīva kaula un skrimšļa
veidošanās.
Skrimšļu
veidošanās
Kaulu baļķīši
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
59
HAp keramiskās granulas in vivo
Truša žokļa kaulā pēc 3 mēnešiem novērota osteoklastu uzvedība kā pret dabīgu
kaulu.
Osteoklasti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
HAp keramika
11.12.2008
60
HAp implanta pielietošana
Kaula pastiprināšana
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
Kaula izveidošana
11.12.2008
61
HAp implanta pielietošana
Ievietojot HAp implantu, pēc 5
gadiem izveidojies gluds kauls, kaula
hibrīds, kurā var ievietot implantus.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
62
Ortopantomogramma 6 gadus pēc augšžokļa pastiprināšanas ar
HAp granulām, zobu implantu ielikšanas un protezēšanas
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
63
Kompjūtertomogramma pēc HAp keramikas implantācijas
augšžokļa dobuma pamatnē ar zobu implantāta integrāciju
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
64
Izejas ortopantomogramma radiodensitometrijai
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
65
Secinājumi no klīniskiem pētījumiem
-
HAp un citu kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72
pacientiem atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības
balsta struktūras zobu implantācijai.
-
No tiem 44 pacientiem bija augšžokļa dobuma pamatnes paaugstināšana: ar
sintētiskā porainā HAp ( RTU) granulām – 11 pacientiem;
-
kā kontroles grupai 30 gadījumos ar Bone Ceramic (Straumann) granulām,
-
3 gadījumos - ar dabiskas izcelsmes materiālu Algipor.
-
28 pacientiem veikta zobu ligzdiņu pildīšana pēc ekstrakcijas, no tiem 24
pacientiem vienā etapā ar zoba implanta ievietošanu.
-
Ir izstrādāta datorizēta programma šīs grupas pacientu uzskaitei un rezultātu
analīzei pēc pacienta subjektīviem, klīniskiem, rentgenoloģiskiem un
radiodensitometriskiem rādītājiem, kura pielietota 60 gadījumos.
-
98% kaulaudu/HAp kompozītā ievietoto zobu implantu uzrādīja stabilu
osseointegrāciju. Vienlaicīgi novērota porotiskā reziduālā žokļa kaula optiskā
blīvuma palielināšanās, kas liecina par kaula remineralizāciju un mehāniskās
stiprības palielināšanos.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
66
Studentu un doktorantu iesaistīšana VPP izpildē.
Notikušas 2 doktorantu priekšaizstāvēšanās RTU un 2 RSU
Izstrādāti un aizstāvēti 13 bakalaura darbi un 5 maģistra darbi RTU un 3
maģistru darbi starpaugstskolu programmā “Biomateriāli un biomehānika”
Puse no VPP izpildītājiem ir jaunie zinātnieki un doktoranti.
RBIA centrs piedalījās Zinātnieku naktī 2008, tēma - „No nano līdz
makro”, parādot medicīnisko implantu tapšanas etapus, kā arī
piedalījāmies diskusijā “Nakts kafejnīcā” LU.
Biomateriālu pētniecības rezultātu apkopošana
zinātniskā izdevums
Izveidotas sadaļas un izdalīti uzdevumi zinātniskās monogrāfijas par programmas
4. projekta rezultātiem uzrakstīšanai un sagatavošanai. Monogrāfiju paredzēts izdot
2009.gadā. Monogrāfijas sagatavošanu var vērtēt ar 50% gatavību, kā arī sagatavoti
izdošanai trīs metodiskie materiāli.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
67
30 studentu referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
68
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
8th World Biomaterials Congress, Amsterdam, The Netherlands,
28.05.-1.06.2008. – 6 referāti.
3rd International Conference
"SMART MATERIALS, STRUCTURES
AND SYSTEMS", Acireale, Sicily, Italy,
8.-13.06.2008. – 3 referāti
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
69
NOZĪMĪGĀKĀS KONFERENCES
14th Nordic-Baltic Conference on
Biomedical Engineering and Medical
Physics NBC 2008, Riga, Latvia
16.-20.06.2008.– 12 referāti
2nd International congress on Ceramics, Verona,
Italy, 29.06.-4.07.2008 – 2 referāti
Third International Workshop on Advanced Ceramics, Limoges,
France, 6.-8.11.2008. – 1 referāts.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
70
MEDI 2008
8.-12.septembris, Hartforda, Konektikuta, ASV
Ar Baltnet, the Biomedical
Engeneering Alliance and
Consortium (BEACON),
kā arī ar RTU atbalstu un
LIAA pārstāvniecību ASV
programmas rezultāti tika
prezentēti MEDI 2008.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
71
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
PROGRAM: BIOMATERIALS
IN LATVIA
Research in Riga biomaterials innovation and development center.
Liga Berzina - Cimdina, Riga Technical University, Biomaterials Innovation and Development Center, Latvia.
Application of synthetic calcium phosphate bioceramic materials in oral and
maxillofacial surgery.
Andrejs Skagers, Riga Stradins University, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Latvia.
Development of porous bioceramics.
Zilgma Irbe, Rita Seržane, Janis Locs, LigaBerzina-Cimdina, Riga Techical University, Riga Biomaterials Innovation and
Development Center, Latvia.
Development of potential bone cements.
Valentina Krilova, Liga Berzina-Cimdina, RigaTechical University, Biomaterials Research and Development Laboratory, Latvia,
Visvaldis Vitins, Ivars Knets, Riga Techical University, Institute of Biomaterials and Biomechanics, Latvia.
Inflammatory and regenerative response of contact tissue after subperiostal
implantation of synthetic HAp bioceramic materials saturated with
dexamethasone and lidocaine.
Ilze Salma, Mara Pilmane, Janis Vetra, Girts Salms, Andrejs Skagers, RSU, Department of Oral and Maxillofacial Surgery,
Institute of Anatomy and Anthropology, Latvia.
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
72
7th ScanBalt Forum and Biomaterials Days 2008
September 24-26, 2008, Vilnius, Lithuania
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
73
Kopsavilkums
Projekta partneri par pētījumu rezultātiem ir ziņojuši 95 reizes 26 Latvijas un
starptautiskās konferencēs.
Par ziņojumiem ir nopublicētas 65 konferenču tēzes.
Nopublicēti 17 zinātniskie raksti un iesniegti 18 raksti.
Izstrādāti 15 bakalauru un 12 maģistru darbi.
Sagatavotas aizstāvēšanai 4 disertācijas zinātņu doktora kvalifikācijas grāda
saņemšanai.
Sistemātiskas pētniecības rezultātā:
izstrādātas kalcija fosfātu-HAp, TCP un bifāzu keramikas laboratorijas iegūšanas
metodes ar iepriekš prognozējamu fāzu attiecību;
izgatavoti implanti ar īpašu orientētu poru struktūru bioaktivitātes paaugstināšanai;
izstrādātā porainā keramika pārbaudīta in vitro un in vivo medikamentu infiltrācijai ar
medikamentiem modificētu implantu izstrādei;
veikta ar lidokainu, deksametazonu un diklofenaku modificētu sintētiskā porainā HAp
tablešu implantācija 24 trušiem subperiostāli apakšžokļa leņķa rajonā ar sekojošu paraugu
izņemšanu pēc 2 nedēļām un 3 mēnešiem.
izstrādāta divu metodiku diagnostiskais potenciāls ādas pataloģiju novērtējumam;
veikti metodiski uzlabojumi acs aberāciju mērīšanas iekārtā un izveidotas metodikas paralēlam
psihofizikālam redzes funkciju novērtējumam
HAp un kalcija fosfāta biokeramikas materiālu implantācija veikta 72 pacientiem;
atrofiskos žokļa kaulos, lai izveidotu pietiekoša apjoma un stiprības balsta struktūras zobu
implantācijai;
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
74
Paldies!
VPP 4.projekta 5.etapa atskaite
11.12.2008
75