Codul proiectului: PN-II-ID-JRP-2012

Tipul si numarul proiectului: PN-II-ID-20-RO-FR-2014

Titlul proiectului: Implanturi medicale biocompatibile elaborate din aliaje superelastice nitrurate pe baza de titan

Acronim:  BIOMIMETIS

Durata:  36 luni

Bugetul alocat de catre UEFISCDI: 1 125 000 RON

Bugetul total al proiectului: 2 261 133 RON

Rezumat:
Organele precum oasele si vasele sangvine au o capacitate limitata de auto-reparare, astfel incat in urma unor leziuni sau boli, capacitatea de regenerare a tesutului adult nu este suficienta, conducand la o restabilire necorespunzatoare a functiei. In ultimele decenii, in ciuda vastei dezvoltari si utilizari clinice a implanturilor metalice, acestea sunt departe de a fi optime. Obiectivul proiectului BIOMIMETIS este de a concepe si caracteriza noi aliaje pe baza de titan inalt biocompatibile pentru dispozitivele implantabile la nivelul corpului uman. Pentru a prelungi durata de viata limitata a aliajelor biomedicale utilizate in prezent, proiectul de fata are in vedere aplicarea unor tratamente de nitrurare in mediu gazos a aliajelor superelastice care nu contin Ni, recent dezvoltate (aliajele de tip Gum-metal Ti-23Nb-0.7Ta-2Zr-O, Ti-24Nb-0.5O si Ti-24Nb-0,5N), tratamente care vor consolida suprafata si vor conduce la o biocompatibilitate crescuta. Printr-un program stiintific si de inginerie organizat in trei activitati complementare, aliajele pe baza de Ti superelastice nitrurate nou dezvoltate vor fi caracterizate in detaliu pentru a evalua functionalitatea lor in vederea unor viitoare aplicatii biomedicale. Ca dovada a conceptului, in acest proiect se are in vedere fabricarea unor prototipuri de capse pentru sustinerea osului si stenturi endovasculare de catre partenerul industrial. Se asteapta ca noile aliaje pe baza de Ti sa dovedeasca o biocompatibilitate excelenta, rezistenta crescuta la coroziune in solutii care simuleaza fluidele biologice precum si proprietati mecanice optime ce combina proprietatile superelastice ale aliajului neprelucrat cu o suprafata dura ce prezinta rezistenta crescuta la uzura. Aceste proprietati sunt apreciate pentru dispozitive medicale diverse si, in mod particular, pentru aplicatii biomedicale specifice, cum ar fi stenturile cardiovasculare si capsele pentru sustinerea osului. In plus, asteptarile noastre vizeaza obtinerea unui raspuns pozitiv al osteoblastelor, o refacere mai buna a endoteliului vascular si un raspuns inflamator redus in urma contactului cu suprafetele acoperite cu TiN.

Obiective:
In cadrul proiectului obiectivele specifice sunt:

i) depunerea de TiN pe aliajele superelastice pe baza de Ti nou dezvoltate prin metoda de nitrurare in mediu gazos (noutati stiintifice).

ii) caracterizarea materialelor, care va fi abordata din urmatoarele puncte de vedere:
1. Caracterizarea microstructurala comparativa, chimica, cristalografica, fizica si mecanica a aliajelor acoperite cu cele neacoperite (rezultate originale);
2. Fabricarea prototipurilor de capse pentru sustinerea osului si stenturi endovasculare de catre compania AMF (aplicatie industriala);
3. Caracterizarea chimica, morfologica si electrochimica a suprafetelor aliajelor acoperite inainte si dupa scufundarea in solutii care simuleaza fluidele biologice (noutati stiintifice);
4. Evaluarea comportamentului la oboseala a dispozitivelor biomedicale (rezultate originale).

iii) testarea biocompatibilitatii, care va consta din:
1. Evaluarea citotoxicitatii materialelor de testat (rezultate originale) si studii in vitro privind interactia celulelor de tip osteoblast cu suprafata materialelor (rezultate originale);
2. Studiu in vitro pentru a investiga daca aliajele superelastice pe baza de Ti neacoperite si acoperite sunt adecvate pentru utilizarea ca stenturi, prin studierea comportamentului celulelor endoteliale (noutati stiitifice).
3. Comparararea gradului de populare a suprafetei materialelor cu celule endoteliale precursoare (EPC) precum si a comportamentului acestor celule in contact cu aliajele superelastice acoperite si neacoperite pentru a demonstra potentialul lor de a fi utilizate ca stenturi metalice sau stenturi insamantate cu EPC (o potentiala cale inovativa deschisa prin finalizarea acestui proiect).

iv) la nivel industrial, activitatile de cooperare se vor concentra pe fabricarea prototipurilor de stenturi si capse, cu scopul de a aplica tehnologiile dezvoltate in domeniul industrial.

Echipa de cercetare

Rezultate estimate:

-diseminarea rezultatelor proiectului in reviste indexate ISI;
-diseminarea rezultatelor proiectului in cadrul unor conferinte nationale si internationale cu impact stiintific crescut;
-elaborarea unei teze de doctorat si a doua teze de master.

ARTICOLE

Ion R, Drob SI, Ijaz MF, Vasilescu C, Osiceanu P, Gordin D-M, Cimpean A, Gloriant T. Surface characterization, corrosion resistance and in vitro biocompatibility of the new Ti-Hf-Mo-Sn alloy. Materials, 9, 818, doi: 10.3390/ma9100818. www.mdpi.com/1996-1944/9/10.818.

Ion R, Luculescu C, Cimpean A, Marx P, Gordin D-M, Gloriant T. Nitride coating enhances endothelialization on biomedical NiTi shape memory alloy.Mater Sci Eng C, 62, 686–691 (2016). http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0928493116301217

Castany P, Gordin D-M, Drob SI, Vasilescu C, Mitran V, Cimpean A, Gloriant T. Deformation mechanisms and biocompatibility of the superelastic Ti–23Nb–0.7Ta–2Zr–0.5N alloy. Shap Mem Superelasticity, 2, 18-28 (2016). http://link.springer.com/article/10.1007/s40830-016-0057-0

Mitran V, Vasilescu C, Drob SI, Osiceanu P, Calderon-Moreno JM, Tabirca MC, Gordin DM, Gloriant T, Cimpean A. Biological behaviour and enhanced anticorrosive performance of the nitrided superelastic Ti-23Nb-0.7Ta-2Zr-0.5N alloy. BioMed Res Int, 125, Article ID 261802, http://dx.doi.org/10.1155/2015/261802 (2015).

Drob SI, Vasilescu C, Calderon Moreno JM, Osiceanu P, Neacsu P, Cimpean A, Gordin DM, Gloriant T. Multifunctional „gum metal” titanium-based alloy: Its long-term electrochemical behaviour and macrophage response. Int J Electrochem Sci, 10, 10738-10755 (2015).

Participare la manifestari stiintifice in cadrul proiectului:
1.D.M. Gordin, D. Busardo, A. Cimpean, C. Vasilescu, D. Hoche, S.I. Drob, V. Mitran, M. Cornen, T. Gloriant. Biocompatibility enhancement of a Ni-free superelastic titanium alloy by ion implantation. International Conference on Martensitic Transformations (ICOMAT), july 2014, Bilbao, Spain – prezentare poster.