Rezultāti

Promocijas darba ietvaros ar modificētu šķīduma ķīmisko nogulsnēšanas metodi izstrādātas 3 kalcija fosfātu sintēžu sērijas ar mainīgiem sintēzes tehnoloģiskajiem parametriem: beigu pH vērtību un sintēzes temperatūras režīmu. Balstoties uz eksperimentālo datu analīzes, izstrādāta prognozējama un reproducējama multifāžu kalcija fosfātu iegūšanas tehnoloģija un tās parametri hidroksilapatīta, β-trikalcija fosfāta un divfāžu kalcija fosfātu (ar regulējamu hidroksilapatīta/β-trikalcija fosfāta fāžu attiecību) biokeramikas iegūšanai pēc augsttemperatūras apstrādes. Darba uzdevuma rezultāti apkopoti un prezentēti promocijas darba aizstāvēšanā RTU (K.Šalma-Ancāne). Izstrādātai multifāžu kalcija fosfātu (ar regulējamu stabilās hidroksilapatīta fāzes un biorezorbējošās β-trikalcija fosfāta fāzes saturu pēc termiskās apstrādes) iegūšanas tehnoloģijai ir būtiska praktiskā nozīmība, jo tā ir perspektīva kalcija fosfātu bāzes materiālu iegūšanai (ne tikai laboratorijas apstākļos, bet arī pārnešanai uz iegūšanu lielos apjomos), kurus varētu izmantot dažādu implantmateriālu ar reproducējamu un prognozējamu sastāvu un struktūru izstrādei medicīniskam pielietojumam, kā arī biotehnoloģijas, audu inženierijas un vides tehnoloģiju nozarēs. Nodrošinot nemainīgas kvalitātes kalcija fosfātu produktu iegūšanu, paralēli turpināts darbs pie šo materiālu modificēšanas un izmantošanas specifiskam pielietojumam: porainu biokeramikas pamatņu izstrādes, t. sk., in vivo, in vitro pētījumiem, kompozītkeramikas izstrādei, kas ir perspektīva implantmateriālu, kā arī kalcija fosfātu kaulu cementu izgatavošanai.

Hidroksilgrupu stabilizācija un poru veidotāja aģenta ietekmes uz kalcija fosfātu keramikas struktūru rezultātu analīze un apkopojums promocijas darba veidā. Noteiktas porainības kalcija fosfātu biokeramikas iegūšana cilmes šūnu deponēšanai.

Promocijas darba ietvaros eksperimentāli noskaidrotas implantkeramiskā materiāla - sintezēta un komerciāla kalcija fosfāta un dažādu poru veidotāju (amonija hidrogenkarbonāts, želatīns, ciete, hitīns, likopodijs, polimeru prekursors) savstarpējā mijiedarbība un izpētītas to sastāva - struktūras un īpašību izmaiņu likumsakarības, porainu keramisko materiālu iegūšanai pielietojot prekursoru piesūcināšanas, liešanas, uniaksiālās presēšanas metodi. Darba uzdevuma rezultāti apkopoti un prezentēti promocijas darba aizstāvēšanā RTU (R.Seržāne). Eksperimentāli noteikts optimāls kalcija fosfātu (hidroksilapatīta) biokeramikas augsttemperatūras apstrādes veids un režīms, nodrošinot vislielāko hidroksilgrupu [OH] koncentrāciju struktūrā – [OH] grupu stabilizācija iespējama pievadot ūdens tvaiku karsēšanas vidē 1000°C ar izturēšanas laiku 8h. [OH] grupu stabilizācija nepieciešama, lai nodrošinātu hidroksilapatīta nemainīgas struktūras un sastāva īpašības. Izolēto cilmes šūnu deponēšanai izgatavotas mikroporainas (52%) hidroksilapatīta granulas ar poru izmēru 100-200 nm un pakošanas blīvumu 1.51 cm/g . Projekta izpildītājs piedalījies konferencē – apmācību seminārā „1st Advanced Summer School: Interrogations at the Biointerface”, Porto, Portugāle.

Izgatavot hidroksilapatīta paraugu sēriju elektronu paramagnētiskās rezonanses un Ramana spektroskopisko pētījumu veikšanai.

Izmantojot komerciālos kalcija oksīdu saturošus izejmateriālus (Riedel-deHaën®, Fluka ), iegūtas hidroksilapatīta biokeramikas sērijas pēc augsttemperatūras apstrādes dažādos temperatūras režīmos 700-1300ºC. Paraugi tiks izmantoti ķīmiskā sastāva noteikšanai un piemaisījumu kontrolei, kas ir limitēti atbilstoši ISO standarta prasībām.

Trīs dažādu veidu biokeramisko materiālu baktēriju kontaminācijas pētījumi un to savstarpējais salīdzinājums.

Veikts titāna dioksīda/hidroksilapatīta biokeramikas paraugu (ar fāžu attiecību 80/20, 50/50, 20/80) virsmas un mikroorganismu S.epidermidis/Ps.aeruginosa kontaminācijas riska izvērtējums. Konstatēts, ka lielāks titāna dioksīda fāzes saturs kompozītkeramikā un augstāka termiskās apstrādes temperatūra ~1200ºC samazina baktēriju adhēziju uz paraugu virsmas. Secināts, ka lielāks blīvums un mazāka porainība ir divi ietekmējošākie faktori, kas samazina titāna dioksīda/hidroksilapatīta biokeramikas virsmas kontamināciju ar baktērijām.

Titāna oksīdus saturošas keramikas iegūšanas parametru un struktūras sakarību pētījumi un to analīze.

Veikts pētījums par reciklētā rutila pulvera pievienošanas ietekmi uz ar ekstrūziju formēto stienīšu mikrostruktūru un blīvumu pēc termiskās apstrādes gaisa vidē, lai nodrošinātu „bezatlikuma” tehnoloģiskā procesa realizāciju. Eksperimentāli noteikts, ka paraugiem, kuru izgatavošanā izmantots reciklētā rutila pulveris, pēc termiskās apstrādes gaisa vidē līdz 1450°C ir zemāks blīvums, nekā paraugiem, kuru izgatavošanai rutila pulveris netika izmantots. Titāna dioksīda keramikas izstrādei ar ekstrūzijas paņēmienu ir būtiska tautsaimnieciska nozīme, jo tāda veida materiāli paredzēti elektrodu izgatavošanai ūdens attīrīšanas sistēmās. Šīs keramikas mikrostruktūra būtiski ietekmē tās elektriskās īpašības, tādēļ veikts sistemātisks tehnoloģisko parametru ietekmes izvērtējums uz struktūras īpašībām.

Kaulu cementu sintēze un īpašību izpēte – fosfātu kaulu cementu sintēzes parametru un īpašību kopsakarību pētījumi; sintezēto un komerciālo akrilātu kaulu cementu īpašību salīdzinošie pētījumi.

Izpētīta sākotnējā šķidrās fāzes pH ietekme uz sintezēto alfa-trikalcija fosfāta bāzētu cementu īpašībām – mehānisko izturību, fāžu sastāvu, kā arī uz alfa-trikalcija fosfāta pārkristalizācijas par nestehiometrisku apatītu gaitu un ātrumu. Pētījumos noskaidrots, ka laboratorijā izstrādātajam cementam uz poli(metilmetakrilāta - 2-etilheksilmetakrilāta) – etilmetakrilāta-trietilēnglikoldimetakrilāta [P(MMA-EHMA)-EMA-TEGDMA] bāzes, kā arī akrilskābes karboksilgrupu saturošam cementam [P(MMA-EHMA)-EMA-AA-TEGDMA] salīdzinot ar komerciāliem cementiem piemīt zemāka polimerizācijas temperatūra sacietēšanas laikā, kā arī tiek nodrošināta struktūras funkcionalizācija, kas veicina cementu bioaktivitāti organismā. Paralēli turpināts darbs pie sintezētu akrilātu kaulu cementu modifikācijas ar polisaharīda dabas piedevām, kas spētu novērst galvenos komerciālo cementu mehānisko un sacietēšanas īpašību trūkumus un paaugstinātu bioaktivitāti. Turpinot pētījuma līniju, uzsākta arī ar hitozāna piedevas ievadīšana akrila kaulu cementos un cementu modifikāciju ar cietes ievadīšanu.

Proteīnu sorbtīvās izdalīšanas likumsakarību pētījumi no daudzkomponentu vidēm, t.s. bioloģiskajām.

Augu dabas proteīni pašlaik uzskatami kā alternatīva esošiem biomateriāliem. Tiem piemīt bio- un citosaderība un pārsvara nav imunoģēnitātes. Proteīnu sorbtīvai izdalīšanai no bioloģiskajiem resursiem izstrādātais karboksilkatjonīts aprobēts augu dabas proteīnu izdalīšanas procesā. Līzocīma sorbtīvai imobilizācijai sintezēts speciālas struktūras un sastāva karboksilkatjonīts K-120. Izpētītas līzocīma sorbcijas likumsakarības: kinētika, pH-atkarība, jonu spēka un fāžu attiecības ietekme. Izpētīta līzocīma izdalīšana no vistu olu baltuma, noteikta izdalīto frakciju lītiskā aktivitāte attiecībā Micrococcus lysodeikticus. Noteikta imobilizēta līzocīma izdalīšanas kinētika dažādās vidēs, mērot lītisko activitāti. Pašlaik par vienu no inovatīvām un perspektīvām tehnoloģijām uzskata imobilizēto aktīvo komponentu izveidi un pielietošanu, t.sk., audu inženierijā. Fermenta līzocīma imobilizācija ļauj izveidot materiālus ar antimikrobiālu aktivitāti, kurus var lietot medicīnā, biotehnoloģijā, pārtikas rūpniecībā, ražot biotesterus un biočipus.

Magnētiskās enerģijas termiskā disipācija un nanodaļiņu pārnese neizotermiskos ferkoloīdos.

Veikti mainīga magnētiskā lauka enerģijas termiskās disipācijas pētījumi magnētiskos koloīdos un nanodaļiņu kompozītos atkarībā no lauka frekvences un amplitūdas. Noskaidrots, ka magnētiski cietu nanodaļiņu gadījumā (Brauna tipa magnetizācijas relaksācija) magnētiskais lauks (amplitūda līdz 10 mT, frekvence līdz 40 kHz) termiskās disipācijas intensitāte pietiekama, lai nodrošinātu dispersās vides hipertermiju biomedicīnas vajadzībām. Veikti magnētisko nanodaļiņu termiskās pārneses pētījumi porainas vides slānī. Noskaidrota osmotisko parādību un nanodaļiņu termoforētiskās pārneses parādību īpašības neizotermiskos apstākļos. Veikti neizotermisku koloīdu dubultdifuzīvās konvektīvās nestabilitātes parādību teorētiski pētījumi un noskaidrotas optiski ierosinātas mikrokonvekcijas īpašības plānos slānīšos. Iegūtajiem rezultātiem ir gan zinātniska nozīme magnētisko nanokoloīdu pāneses parādību noskaidrošanā, gan arī lietišķa nozīme problēmās, kas saistītas ar magnētisko nanokoloīdu izmantošanu medicīniskās hipertermijas vajadzībām. Turpmāk plānots pievērst uzmanību ārēja magnētiskā lauka ietekmei uz termoforētiskām, difūzijas un osmotiskām parādībām porainās vidēs un tīklveida membrānās. Pēc dažu eksperimentos novērojamo blakus parādību aprakstīšanas tiks iesniegts plašs raksts kādā no vadošiem žurnāliem, kur tiks izklāstīti iegūtie eksperimentālie un teorētiskie rezultāti.

Divfāžu hidroksilapatīta/β-trikalcija fosfāta (70/30) tabletes un granulas implantētas zemādas audos 10 eksperimentāliem dzīvniekiem. Pirms implantācijas veikta šo materiālu skenējošā elektronu mikroskopija (SEM). Implantāti izņemti pēc trim un sešiem mēnešiem. Notiek šo materiālu sagatavošana SEM.

Izstrādāts un aprobēts algoritms mezenhimālo šūnu izdalīšanai, pavairošanai un uzaudzēšanai uz biokeramikas implantātiem:

1. mezenhimālo šūnu izdalīšana no 10 trušu zarnu kaula biopsijas materiāla;
2. iegūto mezenhimālo šūnu kultivēšana - iegūtā šūnu materiāla pavairošana kultivējot atbilstoši šūnu kultivēšanai nepieciešamos apstākļos; rezultātā iegūts lielāks mezenhimālos šūnu skaits tuprmākām darbībām.
3. šūnu materiāla uzklāšana uz sintētiskā hidroksiapatīta virsmas - iegūti 12 hidroksilapatīta tablešu paraugus, kuri pārklāti (apaudzēti) ar mezenhimālām šūnām un nodoti implantācijai tiem pašiem trušiem.
4. šūnu materiāla sagatavošana raksturošanai - šūnu izsēšana uz stikliņiem, šūnu fiksēšana turpmākām analīzēm.
5. gēnu ekspresijas profila noteikšana trušu šūnās - specifisku praimeru paneļa izstrāde un dizainēšana, šūnu lizēšana, RNS iegūšana, kDNS sintēze, PCR un kvantitatīvais laikā novērojamais PCR (real-time PCR).