New approach of nanocomposite based bone substitution  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
76834
Type K
Principal investigator Csernátony, Zoltán
Title in Hungarian A nanokompozit alapú csontpótlás új megközelítési módja
Title in English New approach of nanocomposite based bone substitution
Keywords in Hungarian nanokompozit, aerogél, csontpótlás, ortopédia
Keywords in English nanocomposite, aerogel, bone substitution, orthopedics
Discipline
Haematology, immunology, thrombosis, infectious diseases (Council of Medical and Biological Sciences)60 %
Ortelius classification: Surgery
Chemical Engineering (Council of Physical Sciences)40 %
Ortelius classification: Applied chemistry
Panel Clinical Medicine
Department or equivalent Department of Orthopedic Surgery and Traumatology (University of Debrecen)
Participants Fábián, István
Jónás, Zoltán
Kiss, László
Lázár, István
Manó, Sándor
Starting date 2009-01-01
Closing date 2013-12-31
Funding (in million HUF) 23.878
FTE (full time equivalent) 4.60
state closed project
Summary in Hungarian
A csontdefektusok pótlása mind a mai napig nem teljesen megoldott problémája a mozgásszervi sebészetnek. A számos útkeresés között egyre inkább előtérbe kerül a tissue engineering, illetve a nanotechnológia eszközeinek felhasználása. Kutatócsoportunk a Debreceni Egyetem Ortopédiai Klinikája, Biomechanikai Laboratóriuma, és Szervetlen- és Analitikai Kémiai Tanszéke együttműködésében egy olyan új csontpótló anyagot kíván kifejleszteni, mely előzetes becsléseink alapján a jelenlegi megoldásoknál sokkal kedvezőbb paraméterekkel rendelkezik. A kutatócsoport kémikusainak már nagy szakmai gyakorlatuk van nanonstrukturált alkogélek előállítása terén, valamint a kísérleteink elkezdéséhez rendelkezésre áll egy szuperkritikus CO2 reaktor, így a megvalósulásnak nem látjuk akadályát, vagy kockázatát. A termék mechanikai- és szerkezetvizsgálatait követően szintetikus testnedvben történő immunológiai vizsgálatokat tervezünk, melynek eredményeit a megfelelő engedélyek beszerzése után állatkísérletekben kívánjuk validálni. Amennyiben az állatkísérletek eredményei megfelelőek, egy újabb projekt keretében készen állunk a klinikai kipróbálásra, valamint az arra alkalmas termék szabályos bevezetésére is.

A tervezett kutatás hézagpótló munka a hazai kutatási palettán. A pályázatban nevesített fiatal kutatókon kívül további frissen végzett szakembereket, Ph.D. hallgatókat és tudományos diákkörös hallgatókat is be lehet vonni a munka egyes részleteinek a kidolgozására. Élő munkakapcsolatunk van a londoni Royal Veterinary School-lal, ahol szintén folynak tissue engineering irányában jelentős munkák. Reményeink szerint ezen a területen is eredményes együttműködést lehet kialakítani.

Céljaink között szerepel a jelenlegi reaktor továbbfejlesztése is. Ha sikerül a kitűzött célokat megvalósítani, akkor a Debreceni Egyetemen lehetőségünk van a steril körülmények között, implantálható minőségben történő előállításra is.

Mindezek alapján a projekt végső eredményeként új csontpótló termék várható, ami know-how, vagy termék szabadalmaztatásra alkalmas lesz.
Summary
The substitution of bone defects to this day is an unsolved problem in musculoskeletal surgery. In the search to find the ideal substitute more attention is turned towards tissue engineering, and nanotechnology. Our research team at the University of Debrecen, Department of Orthopedics, Laboratory of Biomechanics, and Department of Inorganic and Analytical Chemistry would like to develop a new substance suitable for bone grafting, which based on our preliminary estimations has far better parameters then the present available ones. The professors of chemistry of our research team are highly experienced in the making of nano-structured alcogels, and have a supercritical CO2 reactor capable of production, so there should not be any risks or obstacles in the realization. After structural and mechanical studies of the product we plan to examine it in simulated body fluids and perform immunological testing before validating our results in animal experiments. If the outcomes are promising, we would like to conduct clinical trials, and later introduction of the product.

Our project would be able to fill some gaps in ongoing Hungarian research in tissue engineering. Certain details of the project can be worked out by fresh graduates, Ph.D. and university students, other then the young researchers involved in the project. We actively collaborate with the Royal Veterinary School in London where they also perform significant studies in tissue engineering. We also anticipate to work together successfully in this field.

One of our objectives is to upgrade the current reactor. If our goal is achieved, then we have the possibility at the University of Debrecen to manufacture implantable bone substitute under sterile circumstances.

The final result of our project can be either distributed as know-how or the product could be patented.




 

Final report

  
Results in Hungarian
A pályázat keretében olyan, új típusú bioanyagokat fejlesztettünk ki, amelyek kémia összetételüknél és porozitásuknál fogva alkalmasak lehetnek hiányzó csontállomány mesterséges pótlására. Részletesen tanulmányoztuk szilika alapú, hidroxi-apatitot, kalcium-karbonátot vagy trikalcium-foszfátot tartalmazó aerogélek előállítási lehetőségeit, és olyan receptúrákat és szuperkritikus szárítási módszert dolgoztunk ki, amelyekkel a kívánt összetételű és porozitású aerogél kompozitok nyerhetők. A csontnövekedés megindulásához szükséges makroporozitás kialakítására kiégethető ill. többször újra hasznosítható templát technikát fejlesztettünk ki. A hőkezelt minták biokompatibilitását szimulált testfolyadékos vizsgálattal igazoltuk, a vizsgálatok pontosításához új, a humán vérplazma kémiai összetételével nagyobb azonosságot mutató szimulált testfolyadékot fejlesztettünk ki. Kidolgoztuk az új csontpótló anyagok feldolgozásának, célnak megfelelő formulázásának teljes protokollját. A különféle összetételek közül az immunológiai vizsgálatok során kiválasztott anyaggal történt állatkísérletek szövettani feldolgozása biztató volt a csontpótló anyag körül kialakult csontosodás szempontjából. A csont gyógyulásának és a kísérleti anyag beépülésének a jelei kimutathatóak voltak a metszeteken.
Results in English
In the present grant we have developed new types of biomaterials, which, due to their unique chemical composition and porosity, may be used for artificial substitution or supplement of missing bone materials. A detailed study of the chemical synthesis of silica aerogels containing hydroxyapatite, calcium carbonate or tricalcium phosphate additives has been performed. New drying processes were developed in order to provide aerogel composites of the required composition and porosity. We have studied the thermal behaviour of the aerogel composites and proved that furnace treatment of the samples provide samples of the required strength and porosity. Biocompatibility of the new bone substitute materials were checked both with traditional, as well as with our new enhanced simulated body fluid test, both of them provided positive results In order to promote new bone ingrowth disposable and reusable template techniques. Histological examination of the animal experimentations showed promising results of bone formation near the tested material. Bone healing and absorption of the bone substitute could be seen on the slides.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=76834
Decision
Yes





 

List of publications

  
István Lázár, Helga Fruzsina Bereczki, Sándor Manó, Lajos Daróczi, György Deák, István Fábián, Zoltán Csernátony: Synthesis and study of new functionalized silica aerogel–poly(methyl methacrylate) composites for biomedical use, Polymer Composites DOI: 10.1002/pc.22949, 2014
István Lázár, Sándor Manó, Zoltán Jónás, László Kiss, István Fábián, Zoltán Csernátony: Mesoporous Silica-Calcium Phosphate Composites for Experimental Bone Substitution, Biomechanica Hungarica, 3 (1), 2010, 151-158., 2010
Csernátony Zoltán, Ferencz György, Manó Sándor: A Sloof technika nanokompozit csontpótló anyaggal történő alkalmazhatóságának meghatározása biomechanikai vizsgálatokkal, Biomechanica Hungarica 2013;6(2), 2013
Szabó Béla Attila, Kiss László, Manó Sándor, Lázár István, Fábián István, Dezső Balázs, Csernátony Zoltán: Szuperkritikus körülmények között előállított csontpótló aerogél kompozitok vizsgálata állatkísérleti modelleken, Biomechanica Hungarica 2013;6(2), 2013
Nánási Márta: Mesterséges csontpótlásra szolgáló anyagok előállítása és vizsgálata (szakdolgozat), Debreceni Egyetem, TTK, Szervetlen és Analitikai Kémiai Tanszék, 2010
Nagy Gergely: Aerogél kompozitok előállítása és mechanikai tulajdonságaik vizsgálata (szakdolgozat), Debreceni Egyetem, TTK, Szervetlen és Analitikai Kémiai Tanszék, 2010
Attila Gaspar, Andrea Nagy, Istvan Lazar: Integration of Ground Aerogel Particles as Chromatographic Stationary Phase into Microchip, Journal of Chromatography A, doi:10.1016/j.chroma.2010.12.091, 2010
Győri Enikő: Mesterséges csontpótlásra szolgáló, aerogél alapú anyagok előállítása és vizsgálata (szakdolgozat), Debreceni Egyetem, TTK, Szervetlen és Analitikai Kémiai Tanszék, 2011
Veres Péter: Aerogélek szerkezetének és tulajdonságainak változása az előállítási körülmények függvényében (BSc projektmunka), Debreceni Egyetem, TTK, Szervetlen és Analitikai Kémiai Tanszék, 2012
Szilágyi Anett: Szilika-fém-oxid hibrid aerogélek előállítása és vizsgálata (BSc projektmunka), Debreceni Egyetem, TTK, Szervetlen és Analitikai Kémiai Tanszék, 2012
Kuttor Andrea: Aerogél – polimer kompozitok előállítása és vizsgálata (diplomamunka), Debreceni Egyetem, TTK, Szervetlen és Analitikai Kémiai Tanszék, 2012
Kovács Edina: Fluoreszkáló aerogélek előállítása (szakdolgozat), Debreceni Egyetem, TTK, Szervetlen és Analitikai Kémiai Tanszék, 2012
István Lázár, Enikő Győri, Márta Nánási, Sándor Manó, Lajos Daróczi, Zoltán Jónás, László Kiss, István Fábián, Zoltán Csernátony: Mesoporous silica aerogel – tricalcium phosphate – hydroxyapatite composite ceramics for artificial bone substitution, International Conference NICE 2012 on Bioinspired and Biobased Chemistry & Materials, 2012
Helga F. Bereczki, István Lázár, György Deák, Sándor Manó, Lajos Daróczi, István Fábián, Zoltán Csernátony: Functionalized silica aerogel – poly(methyl methacrylate) composites for potential use in bone cements (poszter), International Conference NICE 2012 on Bioinspired and Biobased Chemistry & Materials, 2012
Lázár István: Szilika és szilika hibrid aerogélek előállítása széndioxidos extrakciót követő szuperkritikus széndioxidos szárítással, Szuperkritikus oldószerek analitikai és műveleti alkalmazása 2012 konferencia, 2012
Győri Enikő: Aerogél alapú mesterséges csontpótló anyagok előállítása és vizsgálata (MSc. Diplomamunka), Debreceni Egyetem, Szervetlen és Analitikai Kémiai Tanszék, 2013
Enikő Győri, István Lázár: Synthesis and study of new simulated body fluid for in vitro testing of artificial bone substitues, CEEPUS 13th International Symposium and Summer School on Bioanalysis, June 27-July 7 2013, Debrecen, Hungary, 2013
Péter Veres, István Lázár: Synthesis and Adsorption Properties of Collagen-Silica Aerogel Hybrids, CEEPUS 13th International Symposium and Summer School on Bioanalysis, June 27-July 7 2013, Debrecen, Hungary, 2013
István Lázár, István Fábián, Enikő Győri, Lajos Daróczi, Sándor Manó, László Kiss, Zoltán Jónás, Balázs Dezső, Zoltán Csernátony: Continuous Sol-Gel Process For The Preparation Of Silica Aerogel Composites For Artificial Bone Substitution, XVII International Sol-Gel Conference, August 25-30 2013, Madrid, Spain, 2013



Back »