Bioengineering Research Partnership in Total Joint Replacements

全关节置换生物工程研究合作伙伴关系

基本信息

  • 批准号:
    8291149
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 18.8万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2009
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2009-07-01 至 2015-06-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Project Summary This proposal is in response to program announcement (PAR-07-352) entitled "Bioengineering Research Partnerships (BRP)". In this University-Industry Partnership, we are focused on development and testing of diamond-on-diamond and diamond-on-polyethylene surfaces for minimizing wear between articulation components in orthopaedic devices. Complications arising from wear include component loosening, deleterious biological responses, osteolysis, mechanical instability, decreased joint mobility, increased pain, and ultimately implant failure. In this project, UAB and Smith & Nephew, Inc. team up to develop and test unique nanostructured multilayer diamond coatings on metal (CoCrMo or Ti-6Al-4V) orthopaedic devices with the goal of reducing friction and wear in articulation components. We propose a five-year study to focus on the following specific aims: Specific Aim 1: Develop nanotechnology for reducing friction and wear on the articulating, load-bearing components of hip and knee metallic implants by chemical vapor deposition (CVD) of a diamond coating having a multilayer structure with alternating nano- and micro-structural layered components. Specific Aim 2: Demonstrate that the multilayer diamond coatings (intended for diamond-on- diamond or diamond-on-polyethylene articulation) exhibit improved wear resistance when compared to single- layer diamond-on-diamond articulation or to the metal-on-polyethylene or metal-on-metal couples currently used in commercial orthopaedic devices. Specific Aim 3: Perform wear simulator studies involving diamond coated hip and knee articulation components using the industry-standard multi-axis hip and knee simulators located at Smith & Nephew, Inc. Specific Aim 4: Evaluate cellular response to diamond wear debris particles, as compared to polyethylene and cobalt chrome debris particles. Specific Aim 5: Perform in vivo investigations to characterize the initial short term organic and cellular responses of control and diamond biomaterials to overall biocompatibility profiles. Wear debris collected from the tribological studies will be implanted (injected) into the synovial-like air pouch model in the adult rat for short term (hours to days) in order to assess clinical, cellular, histological and cytokine biocompatibility profiles. Implants of discs into trabecular bone regions of rabbits will assess initial tissue fluid and blood interactions with control and coated implant surfaces for time points ranging from hours to months. The overall clinical impact of this proposed BRP would be in improving the service life time of total joint replacements to more than thirty years and hence dramatically reducing the need for recurrent multiple surgical procedures.
项目概要 该提案是对题为“生物工程研究”的计划公告(PAR-07-352)的回应 合作伙伴关系(BRP)”。在这个大学-工业合作伙伴关系中,我们专注于开发和测试 金刚石对金刚石和金刚石对聚乙烯表面,可最大程度地减少关节之间的磨损 骨科设备中的组件。磨损引起的并发症包括部件松动、 有害的生物反应,骨质溶解,机械不稳定,关节活动度下降,疼痛加剧, 并最终导致植入失败。在这个项目中,UAB 和 Smith & Nephew, Inc. 联手开发和测试 金属(CoCrMo 或 Ti-6Al-4V)骨科器械上独特的纳米结构多层金刚石涂层 减少关节部件的摩擦和磨损的目标。我们提出一项为期五年的研究,重点关注 具体目标如下: 具体目标 1:开发纳米技术以减少摩擦和磨损 通过化学气相沉积 (CVD) 技术制造髋关节和膝关节金属植入物的关节、承重组件 具有多层结构的金刚石涂层,该多层结构具有交替的纳米和微米结构层状 成分。具体目标 2:证明多层金刚石涂层(用于金刚石- 与单关节相比,金刚石或金刚石-聚乙烯关节)表现出更高的耐磨性 目前采用层状金刚石对金刚石铰接或金属对聚乙烯或金属对金属对 用于商业骨科设备。具体目标 3:进行涉及金刚石的磨损模拟器研究 使用行业标准的多轴髋关节和膝关节模拟器涂覆髋关节和膝关节组件 位于 Smith & Nephew, Inc. 具体目标 4:评估细胞对金刚石磨损碎片颗粒的反应, 与聚乙烯和钴铬碎片颗粒相比。具体目标 5:进行体内研究 表征对照和金刚石生物材料的初始短期有机和细胞反应 整体生物相容性概况。从摩擦学研究中收集的磨损碎片将被植入(注入) 短期(数小时至数天)进入成年大鼠的滑膜样气囊模型,以评估临床、 细胞、组织学和细胞因子生物相容性特征。将椎间盘植入骨小梁区域 兔子将评估初始组织液和血液与对照和涂层植入物表面的相互作用的时间 点从几小时到几个月不等。拟议的 BRP 的总体临床影响将是改善 全关节置换的使用寿命长达三十年以上,从而大大降低了 需要反复进行多次手术。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
A wear simulation study of nanostructured CVD diamond-on-diamond articulation involving concave/convex mating surfaces.
涉及凹/凸配合表面的纳米结构 CVD 金刚石对金刚石关节的磨损模拟研究。
Nanostructured diamond coatings for orthopaedic applications.
Spatially controlled fabrication of a bright fluorescent nanodiamond-array with enhanced far-red Si-V luminescence.
  • DOI:
    10.1088/0957-4484/25/4/045302
  • 发表时间:
    2014-01-31
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.5
  • 作者:
    Singh S;Thomas V;Martyshkin D;Kozlovskaya V;Kharlampieva E;Catledge SA
  • 通讯作者:
    Catledge SA
Improved adhesion of ultra-hard carbon films on cobalt-chromium orthopaedic implant alloy.
  • DOI:
    10.1007/s10856-010-4207-1
  • 发表时间:
    2011-02
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Catledge, Shane A.;Vaid, Rishi;Diggins, Patrick;Weimer, Jeffrey J.;Koopman, Mark;Vohra, Yogesh K.
  • 通讯作者:
    Vohra, Yogesh K.
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