Detail projektu

Vliv viskosuplementace kloubní kapaliny na tření a mazání

Období řešení: 01.01.2020 — 31.12.2022

Zdroje financování

Grantová agentura České republiky - Standardní projekty

- plně financující (2020-02-24 - 2022-12-31)

O projektu

Jednou z diskutovaných oblastí tribologie je problematika velkých synoviálních kloubů člověka, kdy stále častěji dochází k degradaci a úbytku chrupavky, což vede k omezení pohyblivosti a v konečném důsledku až k nutnosti náhrady postiženého kloubu. Při snaze prodloužit životnost kloubu se využívá takzvaná viskosuplementace, která spočívá ve vstříknutí preparátu o vysoké viskozitě do poškozeného kloubu. Předkládaný projekt se v první fázi zaměří na detailní hodnocení reologických vlastností kloubní kapaliny v závislosti na jejím složení. Následně bude studováno ovlivnění reologie v důsledku aplikace viskosuplementu a bude posouzen dopad na tření a mazání, což jsou klíčové tribologické ukazatele ovlivňující životnost chrupavky. Projekt kombinuje využití laboratorního simulátoru synoviálního kloubu a pokročilou optickou metodu (fluorescenční mikroskopii), což umožní posoudit vývoj tloušťky mazacího filmu za současného měření součinitele smykového tření. Experimenty budou realizovány pro různé modelové kapaliny s využitím různých kontaktních materiálů včetně chrupavky.

Popis anglicky
Nowadays, large synovial joints often suffering from cartilage degradation and loss, represent one of the current issues because of the motion disabilities eventually leading to the necessity of joint replacements. To extend joint durability, injection of high-viscous preparations into the affected joints known as viscosupplementation has been employed. Within the first phase, this project will study rheological properties of healthy and pathological synovial fluids and their changes under viscosupplementation. Subsequently, the effect on tribological properties of the cartilage will be investigated using a joint simulator and fluorescent microscopy. The methodology will allow us to assess the film thickness formation with simultaneous measurement of friction coefficient for various materials, including the cartilage. A parametric model describing various states of synovial fluid and changes of their rheological and tribological properties due to viscosupplementation will be developed, serving as a guiding model for choosing the right viscosupplement for a particular patient.

Klíčová slova
Viskosuplementace;reologie;synoviální kapalina;tření;formování mazacího filmu;experimentální analýza;modelový přístup;kontaktní procesy;tribologie;kloubní chrupavka

Klíčová slova anglicky
Viscosupplementation, rheology, synovial fluid, tribology, friction, lubricant film formation, experimental analysis, model approach, contact processes, articular cartilage

Označení

20-00483S

Originální jazyk

čeština

Řešitelé

Vrbka Martin, prof. Ing., Ph.D. - hlavní řešitel
Čípek Pavel, Ing., Ph.D. - spoluřešitel
Ranuša Matúš, Ing., Ph.D. - spoluřešitel
Rebenda David, Ing., Ph.D. - spoluřešitel

Útvary

Ústav konstruování
- příjemce (01.01.2020 - 31.12.2022)

Výsledky

FURMANN, D.; NEČAS, D.; REBENDA, D.; ČÍPEK, P.; VRBKA, M.; KŘUPKA, I.; HARTL, M. The effect of synovial fluid composition, speed and load on frictional behaviour of articular cartilage. Materials, 2020, vol. 13, no. 6, p. 1-16. ISSN: 1996-1944.
Detail

ČÍPEK, P.; VRBKA, M.; REBENDA, D.; NEČAS, D.; KŘUPKA, I. Biotribology of Synovial Cartilage: A New Method for Visualization of Lubricating Film and Simultaneous Measurement of the Friction Coefficient. Materials, 2020, vol. 13, no. 9, p. 1-20. ISSN: 1996-1944.
Detail

REBENDA, D.; VRBKA, M.; ČÍPEK, P.; TOROPITSYN, E.; NEČAS, D.; PRAVDA, M.; HARTL, M. On the Dependence of Rheology of Hyaluronic Acid Solutions and Frictional Behavior of Articular Cartilage. Materials, 2020, vol. 13, no. 11, p. 1-14. ISSN: 1996-1944.
Detail

HILŠER, P.; SUCHÁNKOVÁ, A.; MENDOVÁ, K.; FILIPIČ, K.E.; DANIEL, M.; VRBKA, M. A new insight into more effective viscosupplementation based on the synergy of hyaluronic acid and phospholipids for cartilage friction reduction. Biotribology, 2021, vol. 25, no. 1, p. 100166-100166. ISSN: 2352-5738.
Detail

REBENDA, D.; VRBKA, M.; NEČAS, D.; TOROPITSYN, E.; YARIMITSU, S.; ČÍPEK, P.; PRAVDA, M.; HARTL, M. Rheological and frictional analysis of viscosupplements towards improved lubrication of human joints. Tribology International, 2021, vol. 160, no. 1, p. 107030-107030. ISSN: 0301-679X.
Detail

RANUŠA, M.; ONDRA, M.; REBENDA, D.; VRBKA, M.; GALLO, J.; KŘUPKA, I. Effects of Viscosupplementation on Tribological Behaviour of Articular Cartilage. Lubricants, 2022, vol. 10, no. 12, ISSN: 2075-4442.
Detail

RUFAQUA, R.; VRBKA, M.; HEMZAL, D.; CHOUDHURY, D.; REBENDA, D.; KŘUPKA, I.; HARTL, M. Raman analysis of chemisorbed tribofilm for metal-on-polyethylene hip joint prostheses. Biosurface and Biotribology, 2021, vol. 7, no. 1, p. 1-11. ISSN: 2405-4518.
Detail

ČÍPEK, P.; VRBKA, M.; REBENDA, D.; NEČAS, D.; KŘUPKA, I. Biotribology of synovial cartilage: Role of albumin in adsorbed film formation. Engineering Science and Technology, an International Journal, 2021, vol. 34, no. 1, p. 1-12. ISSN: 2215-0986.
Detail

TOROPITSYN, E.; PRAVDA, M.; REBENDA, D.; ŠČIGALKOVÁ, I.; VRBKA, M.; VELEBNÝ, V. A composite device for viscosupplementation treatment resistant to degradation by reactive oxygen species and hyaluronidase. Journal of biomedical materials research. Part B, Applied biomaterials (Electronic), 2022, vol. 110, no. 2, p. 2595-2611. ISSN: 1552-4981.
Detail

NEČAS, D.; YARIMITSU, S.; REBENDA, D.; SHINMORI, H.; VRBKA, M.; SAWAE, Y.; MURAKAMI, T.; KŘUPKA, I. On the Replacement of Articular Cartilage: The Friction of PVA Hydrogel Layer in Hip Simulator Test. Tribology International, 2023, vol. 178, no. Part B, p. 108100-108100. ISSN: 0301-679X.
Detail

REBENDA, D.; RANUŠA, M.; ČÍPEK, P.; TOROPITSYN, E.; VRBKA, M. In Situ Observation of Hyaluronan Molecular Weight Effectiveness within Articular Cartilage Lubrication. Lubricants, 2023, vol. 11, no. 1, ISSN: 2075-4442.
Detail

RUFAQUA, R.; VRBKA, M.; HEMZAL, D.; CHOUDHURY, D.; REBENDA, D.; KŘUPKA, I.; HARTL, M. Analysis of Chemisorbed Tribo-Film for Ceramic-on-Ceramic Hip Joint Prostheses by Raman Spectroscopy. Journal of Functional Biomaterials, 2021, vol. 12, no. 2, p. 1-18. ISSN: 2079-4983.
Detail

Odpovědnost: Vrbka Martin, prof. Ing., Ph.D.