Cod Proiect:  PN-II-RU-TE-2014-4-0180

Director de Proiect:  Dr. George Stan

Tipul Proiectului:  National

Programul de incadrare al Proiectului: RESURSE UMANE, Tinere Echipe

Finantat de: Unitatea Executiva pentru Finantarea Invatamantului Superior, a Cercetarii, Dezvoltarii si Inovarii, UEFISCDI

Contractor: Institutul National C-D pentru Fizica Materialelor

Status: Finalizat

Data Inceperii: 1 Octobrie, 2015

Data finalizarii: 30 Noiembrie, 2017

 

Rezumatul Proiectului: 

Proiectul propune dezvoltarea si testarea in vivo a unei noi generatii de implanturi dentare avand suprafata functionalizata cu acoperiri de biosticla (BG) cu proprietati osteoinductive si antimicrobiene, care sa permita procese de osteointegrare mai rapide, siguranta, rata de succes superioara si timp de functionare crescut. Proiectul se va baza pe o experienta bogata in domeniul fabricarii acoperirilor BG prin pulverizare magnetron (RF-MS) si o echipa trans-disciplinara si dinamica, formata din tineri cercetatori cu expertize complementare. Se vor continua rafinamentele de proiectare si interogarile functionale in vitro ale acoperirilor BG, pentru maximizarea raspunsului biologic, care sa permita testarea in vivo pe model animal a potentialului real al acoperirilor BG sintetizate prin RF-MS de a induce o osteointegrare rapida si durabila. Directii noi de cercetare abordate – determinarea grosimii critice de strat BG, asigurarea echilibrului disolutie film/reconstructie tisulara, modularea energiei de suprafata pentru augmentarea osteointegrarii, studiul sinergiei diferitilor agenti antimicrobieni, sau introducerea in studiu a filmelor BG din sisteme inovative fara oxizi alcalini – vor conlucra fluid pentru atingerea obiectivelor. Un alt obiectiv prioritar este constituit de crearea unei mase critice de tineri cercetatori capabili sa abordeze coerent noi tematici complexe si sa se implice activ in consortii nationale/internationale pentru dezvoltarea domeniului biomedical.

 

Obiectivele Proiectului: 

OBIECTIV GENERAL: Optimizarea raspunsului biologic al implanturilor dentare functionalizate cu straturi subtiri de biosticla si demonstrarea superioritatii acestora fata de implanturile clasice prin studii in vitro si in vivo.

ETAPA I (01-X-2015 - 04-XII-2015)

  • Sinteza de pulberi si filme de BG fara oxizi alcalini cu coeficienti de dilatare compatibili cu substraturile de titan si activitate antimicrobiana. REALIZAT [Raport 1/2015].
  • Experimente preliminare de fabricare a filmelor subtiri de biosticla utilizand noile sisteme compozitionale BG. REALIZAT [Raport 1/2015].

ETAPA a II-a (04-XII-2015 - 04-XII-2016)

  • Finalizarea sintezei de pulberi BG fara oxizi alcalini utilizate pentru fabricarea tintelor catod.  REALIZAT [Raport 2/2016].
  • Prepararea si testarea acoperirilor BG tip implant. REALIZAT [Raport 2/2016].
  • Caracterizarea exhaustiva din punct de vedere morfologic, structural, compozitional, energie de suprafata, electric si mecanic. REALIZAT [Raport 2/2016].
  • Studiul implementarii la nivel de micro-productie a algoritmilor tehnologici definiti in proiect cu posibilitatea scalarii la nivel industrial I. REALIZAT [Raport 2/2016].
  • Testarea in vitro a biodisponibilitatii filmelor BG fabricate in cadrul proiectulului. REALIZAT [Raport 2/2016].
  • Management si diseminare I. REALIZAT [Raport 2/2016].

ETAPA a III-a (04-XII-2016 - 30-XI-2017)

  • Studiul implementarii la nivel de micro-productie a algoritmilor tehnologici definiti in proiect cu posibilitatea scalarii la nivel industrial II. REALIZAT [Raport 3/2017].
  • Metode de conditionare a ratei de solubilizare a acoperirii implantologice BG pentru compatibilizarea acesteia cu viteza de regenerare tisulara. REALIZAT [Raport 3/2017].
  • Realizarea de loturi test de acoperiri BG optimizate pe implanturi dentare reale. REALIZAT [Raport 3/2017].
  • Finalizarea evaluarii in vitro a acoperilor BG. REALIZAT [Raport 3/2017].
  • Studiul in vivo al osteointegrarii si biocompatibilitatii implanturilor dentare functionalizate cu straturile subtiri BG optimizate. REALIZAT [Raport 3/2017].
  • Management si diseminare II. REALIZAT [Raport 3/2017].

STRUCTURA ECHIPEI DE CERCETARE

George Stan (GS), Directorul Propunerii de Proiect, Doctor in Ingineria Materialelor din 2011: va coordona toate activitatile proiectului, echipa de cercetare, resursele si deciziile privind bugetul. GS va coordona direct activitatile pachetelor de lucru WP1, WP2, WP3 (privitoare la Fabricarea si Caracterizarea Fizico-Chimica a Materialelor) si WP6 (privitoare la Managementul proiectului si Diseminarea rezultatelor de impact).
Adrian Popa (AP), Medic, Doctor in Stiinte Medicale din 2015: este un specialist cu inalta calificare in teste in vitro si in vivo, avand o expertiza larga in tehnici de analiza biologica specifica (culturi celulare, SELDI, ELISA, Tehnici de imunofluorescenta, PCR) procesarea si interpretarea datelor, cat si in microscopie electronica de baleiaj/transmisie. AP va coordona in cadrul proiectului pachetele de lucru WP4 si WP5 (privitoare la Testarea In Vitro si In Vivo a Acoperirilor tip Implant). AP va fi implicat de asemenea si in pachetele de lucru WP6 (Diseminare), cat si in WP2 si WP3 (privitoare la Fabricarea si Caracterizarea Fizico-Chimica a Acoperirilor tip Implant).
Cristina Besleaga (CB), Fizician, Doctor in Fizica din 2013: este o tanara cercetatoare cu abilitati excelente in sinteza de pulberi vitroase sau ceramice si in fabricarea de filme subtiri prin pulverizare in camp magnetron sau depunere laser pulsata. CB are de asemenea o experienta foarte buna in caracterizarea structurala (XRD, XRR, FTIR), morfo-compozitionala (SEM, AFM, EDS) si electrica a materialelor (atat in forma “bulk” cat si in film subtire). CB va fi implicata in pachetele de lucru WP1, WP2, WP3 (privitoare la Fabricarea si Caracterizarea Fizico-Chimica a Materialelor) si WP6 (Diseminare).
Marius Husanu (MH), Fizician, Doctor in Fizica din 2011: are o expertiza extinsa in investigarea proprietatilor fizice a sistemelor bi- (suprafete, interfete) si uni-dimensionale utilizand spectroscopia de fotoelectroni de raze X (XPS), microscopia prin tunelare (STM), microscopia prin fotoemisie (PEEM) si caracterizarea structurala a materialelor prin tehnici de spectroscopie Raman (Raman, Resonant Raman and Surface Enhanced Raman scattering). MH va realiza analize spectroscopice XPS si Raman, si procesarea si interpretarea rezultatelor, in cadrul pachetelor de lucru WP2, WP3 si WP4 (privitoare la Fabricarea si Caracterizarea Fizico-Chimica a Acoperirilor tip Implant inainte si dupa Testarea Biologica).
Irina Zgura (IZ), Fizician, Doctor in Fizica din 2011: are o experienta bogata in fizica materialelor, masurarea unghiului de contact si energiei libere a suprafetei si tensiunii superficiale/interfaciale a lichidelor. IZ va realiza masuratori de energie de suprafata in cadrul pachetelor de lucru WP2 si WP3 (privitoare la Fabricarea si Caracterizarea Fizico-Chimica a Acoperirilor tip Implant).
Cristina Popa (CP), Fizician, Student Doctorand din 2014: realizeaza in prezent studiile doctorale in domeniul sintezei si caracterizarii fizico-chimice a materialelor bioceramice cu proprietati antimicrobiene pentru aplicatii medicale. CP se va implica progresiv in proiect in cadrul pachetelor de lucru WP2, WP3 (privitoare la Fabricarea si Caracterizarea Fizico-Chimica a Acoperirilor tip Implant) si WP4 (privitoare la Studiul Activitatii Antimicrobiene).
Nicolae Taina (NT), Medic, Specialist farmacologie clinica, Master in Bioinginerie, Student doctorand din 2014. Doctorandul va participa in cadrul proiectului la realizarea studiilor in vivo (WP5). Experienta sa in domeniul farmacologiei experimentale va fi benefica proiectului; de asemenea NT va avea sansa de a lucra intr-un proiect ce include studii in vivo pe animale de experienta cu plagi complexe, a caror vindecare presupune aparitia unor sarcini la situsul de implantare prin formarea hidroxiapatitei carbonatate (recunoscut material piezoelectric) in timpul osteointegrarii.
Marius Necsulescu (MN), Medic Veterinar, cu Specializare in Bacteriologie, Doctor din 1996: este un specialist in obtinerea vaccinurilor si serurilor, avand o experienta in bogata in domeniu, si va superviza si participa la realizarea studiilor in vivo (WP5), precum si in cadrul testarilor caracterului antimicrobian al acoperirilor BG tip implant (WP4).
Catalin Radulescu (CR), Tehnician – specializari: electronica si tehnica vidului: va asigura mentenanta pentru sistemele de depunere si pentru o serie dintre facilitatile de caracterizare ce vor fi utilizate in proiect. CR va fi implicat si in activitatile pachetului de lucru WP2 privitoare la Fabricarea Acoperirilor tip Implant si Adaptarea Sistemului de Depunere RF-MS in vederea Cresterii Productivitatii.

Rezultate livrate in perioada 2015 – 2017:

  • Sinteza de pulberi de sticla bioactiva si caracterizarea lor multiparametrica;
  • Selectia pulberii de sticla bioactive cu proprietati optime antimicrobiene si citocompatibile;
  • Filme subtiri bioactive pe substraturi de titan plate plecand din sistemul compozitional optimizat. Preparare, caracterizare fizico-chimica, testare mecanica si biologica;
  • Realizarea de acoperiri BG pe implanturi dentare reale;
  • Noi pasi catre implementarea algoritmilor tehnologici de fabricare a filmelor BG la nivel de micro-productie;
  • Publicarea de articole in jurnale indexate ISI-Web of Science cu vizibilitate stiintifica ridicata.

 

  • 2015: RAPORT STIINTIFIC SINTETIC nr. 1 in format *.pdf disponibil la UEFISCDI;
  • 2016: RAPORT STIINTIFIC SINTETIC INTERMEDIAR in format *.pdf disponibil la UEFISCDI;
  • 2017: RAPORT STIINTIFIC SINTETIC FINAL in format *.pdf disponibil la UEFISCDI.

Articole publicate sau acceptate in jurnale cotate Web of Science®:

  • 01. A.C. Popa^, G.E. Stan*,^, C. Besleaga^, L. Ion, V.A. Maraloiu, D.U. Tulyaganov, J.M.F. Ferreira*, Submicrometer hollow bioglass cones deposited by radio frequency magnetron sputtering: Formation mechanism, properties, and prospective biomedical applicationsACS APPL MATER INTER 8 (2016) 4357–4367; http://dx.doi.org/10.1021/acsami.6b00606.
  • 02. A.I. Bita, G.E. Stan^, M. Niculescu*, I. Ciuca, E. Vasile, I. Antoniac, Adhesion evaluation of different bioceramic coatings on Mg-Ca alloys for biomedical applications, accepted to J ADHES SCI TECHNOL 30 (2016) 1968–1983.; http://dx.doi.org/10.1080/01694243.2016.1171569
  • 03. A.C. Popa^, G.E. Stan*,^, M.A. Husanu^, I. Mercioniu, L.F. Santos, H.R. Fernandes, J.M.F. Ferreira*, Bioglass implant coatings interactions in synthetic physiological fluids with varying degrees of biomimicry, INT J NANOMED 12 (2017) 683–687; http://dx.doi.org/10.2147/IJN.S123236.
  • 04. L. Duta, N. Mihailescu, A.C. Popescu, C. Luculescu, I.N. Mihailescu*, G. Çetin, O. Gunduz, F.N. Oktar, A.C. Popa^, A. Kuncser, C. Besleaga^, G.E. Stan*,^, Comparative physical, chemical and biological assessment of simple and titanium-doped ovine dentine-derived hydroxyapatite coatings fabricated by pulsed laser deposition, APPL SURF SCI 413 (2017) 129–139; http://dx.doi.org/10.1016/j.apsusc.2017.04.025.
  • 05. A.C. Popescu, P.E. Florian, G.E. Stan^,*, G. Popescu-Pelin, I. Zgura^, M. Enculescu, F.N Oktar, R. Trusca, L.E. Sima, A. Roseanu, L. Duta*, Physical-chemical characterization and biological assessment of simple and doped biological-derived hydroxyapatite thin films for a new generation of metallic implants,  APPL SURF SCI 439 (2018) 724–735. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2018.01.008.
  • 06. B.W. Stuart*, C.A. Grant, G.E. Stan^, A.C. Popa^, J.J. Titman, D.M. Grant, Structural characterisation and mechanical performance of gallium incorporated phosphate based glasses in bulk and thin film formJ MECH BEHAV BIOMED MATER 82 (2018) 371–382. https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2018.03.041.
  • 07. A.C. Popa^, H.R. Fernandes, M. Necsulescu, C. Luculescu, M. Cioangher, V. Dumitru, B.W. Stuart, D.M. Grant, J.M.F. Ferreira*, G.E. Stan^* Antibacterial efficiency of alkali-free bioglasses incorporating ZnO and/or SrO as therapeutic agentsCERAM INT (2018); https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2018.11.112.

Manuscrise in pregatire:

  • 08. A.C. Popa^, H.R. Fernandes, M. Necsulescu^, M. Enculescu, I. Zgura^, G.E. Stan*,^, J.M.F. Ferreira, Tentative title: Extended antimicrobial activity of bioglass implant films synthesized by magnetron sputteringin pregatire.

Cerere brevet:

  • 01. G.E. Stan*,^, A.C. Popa^, C. Besleaga Stan^, V. Dumitru, C. Radulescu^, Metoda de realizare a implanturilor osteointegrative acoperite cu straturi de sticla bio-activa sintetizate in plasma magnetron, OSIM RO A/00909/2017.11.08.

Conferinte si manifestari stiintifice internationale:

  • 01. L. Duta, G.E. Stan^, A.C. Popa^, A.C. Popescu, Functionalization of ultra-high molecular weight polyethylene acetabular cups with bioactive glass coatings synthesized by pulsed laser deposition, EMRS Spring Meeting, 2 – 6 mai 2016, Lille, Franta (prezentare poster).
  • 02. G.E. Stan^, A.C. Popa^, C. Besleaga^, L. Ion, V.A. Maraloiu, D.U. Tulyaganov, J.M.F. Ferreira, Formation of bioglass hollow sub-micron cones by magnetron sputtering and their prospective biomedical applications, „ALD for Novel Sensors and Biosensors" Workshop, 11 – 12 mai 2016, Magurele, Romania (prezentare orala).
  • 03. G.E. Stan^, A.C. Popa^, M.A. Husanu^, M. Enculescu, C. Tanase, J.M.F. Ferreira, Dental implant fixtures bio-functionalized with mechanically resistant and cytocompatible bioglass coatings by magnetron sputtering technique, „International Workshop of Materials Physics” Workshop, 23 – 25 mai 2016, Magurele, Romania (prezentare orala).
  • 04. G.E. Stan^, Compative in vitro behavior of bioglass coatings in simulated body fluid media with improved biomimicry, Universitatea din Nottingham, Facultatea de Inginerie, 29 iulie 2016, Nottingham, Anglia (lectie invitata).
  • 05. G.E. Stan^, A.C. Popa^, V.M.F. Marques, A.C. Galca, M.A. Husanu^, M. Enculescu, C. Tanase, D.U. Tulyaganov, J.M.F. Ferreira, Mechanical and in vitro biological performance of bioglass coatings deposited by magnetron sputtering on dental implant fixtures, Conferinta ICPEPA-10, 29 august – 2 septembrie 2016, Brasov, Romania (prezentare poster).
  • 06. A.C. Popa^,*, G.E. Stan^, C. Besleaga^, M. Necsulescu^, H.R. Fernandes, J.M.F. Ferreira, Antibacterial efficiency of alkali-free biocompatible glasses additivated with ZnO and/or SrO active agents, European Ceramics Society (ECerS) Conference, 9 – 13 iulie 2017, Budapesta, Ungaria (prezentare poster).
  • 07. G.E. Stan^,*, A.C. Popa^, H.R. Fernandes, J.M.F. Ferreira, The prospects for bio-glass implant coatings,  European Ceramics Society (ECerS) Conference, 9 – 13 iulie 2017, Budapesta, Ungaria (lectie invitata).

 

*autor corespondent

^membru al echipei de cercetare a proiectului

GEORGE E. STAN, Doctor in Ingineria Materialelor

Cercetator stiintific gradul I

Telefon: +40-(0)21-2418 128 sau +40-(0)21-2418 153

Departament: Laboratorul de Materiale si Structuri Multifunctionale