PCCA 195/2014

Therapeutic strategies for enhancing bone healing response by using bioactive coatings for bioresorbable magnesium-based implants


Project leader:
Assoc. Prof. Anisoara Cimpean
Phone number: 021.318.15.75/int 106
Fax : 021.318.15.75/int 102
E-mail: anisoara.cimpean@bio.unibuc.ro

Institution:
University of Bucharest
Faculty of Biology, Department of Biochemistry and Molecular Biology
www.dbbm.bio.unibuc.ro

Partners involved in the project:
P1 –   Polytechnic University of Bucharest
P2 –  University of Agronomic Sciences and Veterinary Medicine of Bucharest
P3 –  R&D Consulting and Services S.R.L.
P4 – Tehnomed Impex Co S.A.

Contractual authority:
UEFISCDI

Project type and number:
PCCA 195/2014

Acronym: BIOMAGCOAT

Duration:
24 months

Budget:

1.125.000.00 lei

Research team

During last decade, orthopedic implants have attracted an increasing interest for research and clinical applications but still can be said that they are far from being optimal. Current metallic implanted biomaterials remain permanent in the body and the long-term exposure of these non-degradable implants significantly increases the risk of complications such as chronic inflammation and associated foreign body reaction. The implant encapsulation represents one of the major drawbacks of these implants. Besides, several implantable devices are used to achieve a temporary function and a second procedure to remove them is often difficult. The current research is focused on investigating the application of bioresorbable metals, which are expected to support the healing process of the damaged tissue and to degrade further as the functional regenerated tissue is formed. Magnesium (Mg)- based alloys represents o novel class of biodegradable biomaterials with high specific strength and biocompatibility able to achieve a temporary function making possible the avoidance of the costly second replacement. However, the side effects such as hydrogen gas bubbles formed around the implant and a localized pH change, generated by extremely high degradation rate of magnesium in body fluids, can negatively impact on its host-tissue integration.

In this context, the aim of this project is to develop a new biotechnological strategy to overcome the issues previously mentioned and improve the osseointegration capacity of magnesium-based implants. Therefore, a novel coated alloy based on MgCaMnZr system will be developed and investigated by innovative technologies and techniques to obtain a controlled dissolution rate and to reduce the hydrogen gas production.

This material will be thermomechanically processed to allow its structural adjustment and to meet the expected properties. Moreover, the coatings based on cellulose will be functionalized with resveratrol or sericin, two biomolecules recently characterized for their beneficial effects on bone regeneration. We are expecting that the selected novel Mg-based alloy along with the developed coatings will protect the alloy slowing down its rate of degradation, providing the implant with the desired strength in the initial period of healing process and avoiding side effects associated to its rapid degradation. Furthermore, the functionalization of these coatings is expected to accelerate the healing process and the osseointegration of the implant. The project approaches an experimental multidisciplinary research seeking significant advancement in more than one field of science (i.e., biotechnology, material science, medicine etc), involving a qualified research team with specific skills and expertise. Thus, complex in vitro biological investigations consisting of interface studies will be performed in order to select the most suitable alloy formula for the targeted application and further to establish its in vivo biological performance on experimental animal models. The selected samples will be implanted as prototypes in Wistar rats and small domestic animals for in vivo monitoring of host tissue response and defect repair. The developed material and the demonstrator product will be also investigated to evaluate the physico-chemical properties. All the data obtained will be integrated in order to identify the best material’s features for targeted application. The original and innovative biotechnological approach of this project is expected to have an important impact on health related life standard and contribute to increasing life expectancy. We also hope into a positive impact of the project on the health care-associated costs, educational system and human resources.

The overall objective of the project is to develop a new Mg-based bioresorbable implant by designing new coating strategies for enhancing the osseointegration.

The specific objectives of this project are:
i) To approach novel technological strategies in order to improve the biological performance of temporary bone implants;
ii) To establish an original composition for the novel Mg-based alloys with high biocompatibility and low degradation rate in physiological fluids and to develop laboratory technologies for its synthesis;
iii) To establish the procedure and parameters for biomaterial thermo-mechanical processing of a novel Mg-based alloy with high biocompatibility and low degradation rate in physiological fluids and to define its characteristics;
iv) To obtain novel cellulose-coatings for Mg-based biomaterials and functionalize them with sericin or resveratrol;
v) To obtain the demonstrator product – coated and functionalized temporary implant based on the new Mg alloy;
vi) To establish and define the final coated Mg-based alloys, non-functionalized and functionalized with biomolecules displaying the best biological performance based on in vitro studies;
vii) To demonstrate the developed technologies and to obtain the demonstrator novel Mg-based temporary implant;
viii) To develop an experimental in vivo model for Mg-based implants manufactured by newly-developed biotechnological strategies;

Expected results of the project are:

The expected results of the project are:

i) Execution of the demonstrator product – bioresobable implant with high biocompatibility, enhanced bone healing and anti-inflammatory response, and controlled degradation rate, features that are demonstrated by in vitro and in vivo testing.
ii) Development of a new technology for the new Mg-based alloy synthesis, thermo-mechanical processing, implant manufacturing, surface coating and functionalization, in order to be industrially implemented.
iii) Dissemination of the results through the project web page, by which we will inform the public, surgeons and companies about our products and models.
v) Dissemination of the results through 2 ISI scientific papers, 4 national and international communication for informing the scientific community to increase the Romanian research visibility.
vi) Elaboration of PhD (1) and Master (1) theses

PUBLICATIONS

ARTICLES

Neacsu P, Staras AI, Voicu SI, Ionascu I, Soare T, Uzun S, Cojocaru VD, Pandele AM, Croitoru SM, Miculescu F, Cotrut CM, Dan I, Cimpean A. Characterization and In vitro and In vivo Assessment of a Novel Cellulose Acetate-coated Mg-based Alloy for Orthopaedic Applications, Materials, 2017, 10 (7), 686 (2017) http://www.mdpi.com/1996-1944/10/7/686/htm

Voicu SI, Condruz RM, Mitran V, Cimpean A, Miculescu F, Andronescu C, Miculescu M, Thakur VK. Sericin Covalent Immobilization onto Cellulose Acetate Membrane for Potential Osseointegration Applications. ACS Sustainable Chem Eng, 4, 1765-1774 (2016).http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acssuschemeng.5b01756

Voicu SI, Muhulet A, Antoniac IV, Corobea MS. Cellulose derivatives based membranes for biomedical applications. Key Engineering Materials, 638, 27-30 (2015).

Neacsu P, Ion RN, Mitran V, Staras AI, Cimpean A. State of the art and recent patents on Mg-based biodegradable bone implants. Rec. Pat. Regen. Med., Vol. 4, Nr. 3, 168-188, DOI: 10.2174/2210296505666150205155811 (2015).

Communications to scientific reunions

Voicu SI, Pandele MA, Staras AI, Neacsu P, Cimpean A, Miculescu F, Iordache A, Thakur VKResveratrol covalent immobilization onto cellulose acetate membranes for improved osseointegration, 10th International Conference on Materials Science & Engineering Bramat 2017, 8-10 martie 2017, Brasov, Romania (oral presentation)

Voicu SI. Bioactive compounds covalent immobilization onto cellulose acetate membranes for biomedical applications, 7th International Conference “Biomaterials, Tissue Engineering & Medical Devices Biommedd 2016, 15-17 Septembrie 2016, Constanta, Romania (invited lecture)

Voicu SI, Muhulet A, Antoniac I. Cellulose derivatives based membranes for biomedical applications, 6th International Conference “Biomaterials, Tissue Engineering and Medical Devices” (BiomMedD 2014), 17-20 Septembrie 2014, Constanta, Romania, ISSN 2069-0193, pp.107 (oral presentation).

PhD thesis on project’s topic

Staras Adela: In vitro biological performance assessment of surface-modified biomaterials (2014-2017).

 Abstract_phase1
Abstract_phase2
Abstract_phase3
Abstract_phase4

Acest site folosește cookie-uri pentru o mai bună experiență de vizitare. Prin continuarea navigării, ești de acord cu modul de utilizare a acestor informații.

Privacy Settings saved!
Privacy Settings

When you visit any web site, it may store or retrieve information on your browser, mostly in the form of cookies. Control your personal Cookie Services here.


Cine suntem
Site-ul este deținut și administrat de Universitatea din București cu sediul în Bulevardul Mihail Kogălniceanu 36-46, București. Pentru a urmări mai ușor informațiile, trebuie să știţi că ne putem referi la instituția noastră folosind termenii „Universitatea din București”, „nouă”, „nostru” etc, iar la tine, ca utilizator și vizitator al site-ului, folosind termenii „utilizator”, „dumneavoastră”, etc. Această politică descrie informațiile pe care le colectăm atunci când vizitați www.unibuc.ro. Prin utilizarea acestui site web, sunteți de acord cu colectarea și utilizarea informațiilor dumneavoastră personale (în cazul în care acestea sunt furnizate) în conformitate cu această politică. Site-ul poate conține legături către și de pe site-uri web. Dacă urmați un link către oricare dintre aceste site-uri web, rețineți că acestea au propriile politici de confidențialitate. Universitatea București nu are nicio responsabilitate sau răspundere pentru aceste politici sau modul în care aceste site-uri web își gestionează datele. Verificați aceste politici înainte de a trimite orice informații personale acestor site-uri.
Informațiile colectate şi durata de stocare
În cazul în care utilizați site-ul nostru, vom colecta și procesa următoarele date personale despre dumneavoastră:
  • Informații pe care ni le oferiți atunci când completați un formular web sau solicitați trimiterea newsletter-ului. Informațiile pe care ni le furnizați pot include numele, adresa de e-mail, numărul de telefon, etc.
  • Informatiile pe care ni le oferiti in formularul de solicitare de informatii publice (ex. nume, prenume, e-mail) sunt colectate conform Legii nr. 544/2001
  • Informații pe care le colectăm despre dumneavoastră, prin intermediul fişierelor cookie pe care le folosim, în momentul în care accesați site-ul nostru. Pentru detalii suplimentare, consultați informarea privind cookie-urile.
Stocarea datelor de natură personală se realizează pe servere situate în România, atâta timp cât avem consimțămȃntul dumneavoastră.
Cum utilizăm datele personale pe care le furnizați sau le colectăm
Folosim datele personale despre dumneavoastră în următoarele moduri:
  • datele personale furnizate de dumneavoastră prin formularele noastre web vor fi folosite în scopul procesării cererilor dumneavoastră. Prin trimiterea solicitării sunteți de acord cu prelucrarea datelor dumneavoastră de către Universitatea din București.
  • în cazul în care sunteți de acord cu primirea de informații prin newsletter, vă vom trimite noutǎți despre următoarele subiecte:
  • informații despre evenimentele şi activităţile organizate în cadrul Universităţii din Bucureşti
  • informațiile tehnice pe care le colectăm prin utilizarea cookie-urilor vor fi utilizate în scopurile stabilite în “Informarea privind cookie-urile”.
Transferuri internaționale
În vederea oferirii serviciului de newsletter, datele dumneavoastră de identificare și contact sunt transmise către MailerLite, cu sediul în Lituania. Detalii privind măsurile de protectie a datelor adoptate de către MailerLite se găsesc la adresa https://www.mailerlite.com/terms-of-service  şi pe site-ul https://www.privacyshield.gov/welcome Site-ul nostru web utilizează Google Analytics, un serviciu pentru analiza web, precum şi Google Adwords, furnizate de Google. Google Analytics utilizează fișiere de tip cookie pentru a ajuta un anumit site web să analizeze modul în care utilizați respectivul site web. Informațiile generate de fișierele de tip cookie cu privire la utilizarea de către dumneavoastră a site-ului web vor fi transmise și stocate de Google pe servere care pot fi localizate în UE, SEE şi/sau Statele Unite. Google va utiliza aceste informații în scopul evaluării utilizării de către dumneavoastră a site-ului web, elaborând rapoarte cu privire la activitatea site-ului web și furnizând alte servicii referitoare la activitatea site-ului web și la utilizarea internetului. De asemenea, Google poate transfera aceste informații către terți în cazul în care are această obligaţie conform legii sau în cazul în care acești terți prelucrează informațiile în numele Google. Google nu va asocia adresa dumneavoastră IP cu alte date deținute de Google. Informații detaliate cu privire la Google și protecția datelor cu caracter personal (inclusiv modul în care puteți controla informațiile trimise către Google) pot fi găsite la: https://policies.google.com/privacy/partners. Din site-ul nostru web puteţi să distribuiţi un articol utilizând un buton de distribuire în reţelele de socializare (de exemplu: Facebook, Twitter, Youtube). Informații detaliate cu privire la protecția datelor cu caracter personal oferită de aceste organizatii pot fi gasite la adresele: https://www.facebook.com/policy.php https://twitter.com/en/privacy https://www.youtube.com/yt/about/policies/#community-guidelines
Accesați datele dumneavoastră personale
Aveți dreptul să cereți o copie a informațiilor deținute de noi  prin formularea unei solicitări de acces. Pentru a solicita o copie a datelor deținute despre dumneavoastră sau pentru a vă actualiza informațiile, contactați Universitatea din București la adresa de e-mail dpo@unibuc.ro. Datele de natură personală deținute de către Universitatea din București sunt supuse condițiilor din Regulamentul UE 679/2016 care oferă persoanelor vizate dreptul de acces la toate tipurile de informații înregistrate, deținute de operatorul de date, sub rezerva anumitor limitări.
Drepturile persoanei vizate
Conform Regulamentului 679/2016 - GDPR, aveţi dreptul de a solicita Universitaţii din București, în calitate de operator de date de natură personală, rectificarea, ştergerea sau restricţionarea prelucrării datelor personale referitoare la dumneavoastră. De asemenea, aveţi dreptului de a vă retrage consimţământul în orice moment, fără a afecta legalitatea prelucrării efectuate pe baza acestuia, înainte de retragere. Dacă nu mai doriți să primiți newsletter-ul, vă puteţi dezabona prin trimiterea unui e-mail la adresa contact@pr.unibuc.ro sau prin folosirea linkului de dezabonare din cadrul newsletter-ului.
Dreptul de a depune o plângere în faţa Autorităţii de supraveghere
Conform Regulamentului 679 /2016 - GDPR, aveți dreptul de a depune o plângere la Autoritatea Naţională de Supraveghere a Prelucrării Datelor cu Caracter Personal. Mai multe detalii se pot obține accesȃnd adresa http://www.dataprotection.ro/.
  • _ga
  • _gid
  • _gat

Decline all Services
Accept all Services