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:
    7726334
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 19.76万
  • 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 2013-06-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

DESCRIPTION (provided by applicant): 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. PUBLIC HEALTH RELEVANCE: We propose the use of nanotechnology approaches for controlling interfaces between the hip and knee implants and the surrounding tissues. The primary focus of this grant application is to improve the fixation, durability and osseointegration for long-term success of Total Joint Replacements and lower the need for recurrent multiple surgical procedures. Also, development of new nanotechnology tools and methods will lead to a new class of functionalized nanostructured surfaces for titanium and cobalt chrome alloys for use in biomedical implant industry. One benefit of the diamond-diamond components will be reductions in overall device size that will ultimately allow for a clinically less-invasive route to joint restoration and longer implant lifetime in vivo.
描述(由申请人提供):在这种大学 - 行业合作伙伴关系中,我们专注于开发和测试钻石钻石钻石和钻石在多甲基烯表面,以最大程度地减少整形外科设备中的关节构成组件之间的磨损。磨损引起的并发症包括组件松动,有害的生物学反应,骨溶解,机械不稳定性,关节迁移率降低,疼痛增加以及最终导致植入物衰竭。在该项目中,UAB和Smith&Nephew,Inc。合作开发和测试了金属(COCRMO或TI-6AL-4V)骨科设备上的独特纳米结构多层钻石涂料,目的是减少明显组件中的摩擦和磨损。我们提出了一项为期五年的研究,以关注以下特定目的:特定目的1:开发纳米技术,以减少髋关节和膝关节金属植入物的摩擦和磨损,这是通过化学蒸气沉积(CVD)的钻石涂层的具有多层型纳米层和微型构造的多层层结构的钻石结构的。具体目的2:证明,与单层钻石钻石表达式相比,多层钻石涂料(用于钻石或钻石钻石或多乙二烯的钻石)表现出改善的耐磨性,或者用于当前用于商业不能进行商业或金属的金属或金属金属含量。具体目标3:使用位于Smith&Nephew,Inc。的行业标准多轴髋关节和膝关节模拟器进行涉及钻石涂层髋关节和膝关节的膝关节铰接成分的磨损模拟器研究。与聚乙烯和cobalt Chrome debris debris颗粒相比,位于Smith&Nephew,Inc。的特定目的4:评估细胞对钻石磨损碎屑颗粒的反应。具体目标5:进行体内研究,以表征对照和钻石生物材料对整体生物相容性谱的初始短期有机和细胞反应。从摩擦学研究中收集的磨损碎屑将被植入(注入)成年大鼠的滑膜样气袋模型短期(小时至几天),以评估临床,细胞,组织学和细胞因子生物相容性谱。将椎间盘的植入物植入兔子的小梁骨区域将评估初始组织流体和血液相互作用与对照和涂层植入物表面,以范围从小时到几个月。该拟议的BRP的总体临床影响是将总置换总替代者的使用寿命提高到三十多年,因此大大减少了对多次手术程序的需求。公共卫生相关性:我们建议使用纳米技术方法来控制臀部和膝盖植入物与周围组织之间的接口。该赠款应用的主要重点是改善固定性,耐用性和骨整合性,以实现总关节置换的长期成功,并降低复发多次手术程序的需求。此外,新的纳米技术工具和方法的开发将导致一类新的功能化纳米结构化表面,用于钛和钴铬合金,用于生物医学植入物行业。 Diamond-Diamond组件的一个好处将减少整体设备尺寸,这最终将允许在临床上进行关节恢复和较长的植入寿命在体内的侵入性途径。

项目成果

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