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 Report

Transcript 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