Ученые из ТПУ и Германии разработали первое доступное для всех ПО для анализа структуры скаффолдов
По словам одного из авторов исследования, директора научно-исследовательского центра «Физическое материаловедение и композитные материалы» ТПУ Романа Сурменева, композитные трехмерные скаффолды, представленные различными материалами с волокнистой структурой или содержащие различные добавки, оказывают положительный эффект на процессы регенерации различных тканей. Сейчас существует ряд методов визуализации для анализирования биоматериалов, например, сканирующая электронная микроскопия, атомно-силовая микроскопия, микрокомпьютерная томография и другие. Они позволяют получать данные в виде изображения или последовательности изображений. Однако полученная информация должна обрабатываться с использованием специализированных методов анализа изображений. При этом анализ волокнистой структуры композитных материалов, особенно в трехмерном пространстве, остается сложной задачей из-за различного диаметра волокон (от микро- до наноразмеров) и их состава.
«Необходимость разработки подобного программного обеспечения была обусловлена отсутствием бесплатного продукта, позволяющего проводить анализ волокон с точки зрения их ориентации в пространстве относительно выбранного базиса и размера. При этом у ряда зарубежных научных групп есть коммерческие продукты, чей функционал схож с разработанной нами программой, однако они не находятся в открытом доступе», — говорит ученый.
Добавим, по словам исследователя, работа велась в составе международной научной группы. Так, создавал ПО на основе языка программирования Python сотрудник технологического института Карлсруэ Роман Шкарин. А политехники, в свою очередь, предоставили модельные материалы для исследований — полимерный скаффолд и гибридный полимерный скаффолд. Программный пакет Quanfima, по словам разработчиков, основан на нескольких широко распространенных продуктах, разработанных для анализа данных, например, NumPy, SciPy, scikit-image, VIGRA, Pandas и Statsmodels. В новом ПО ученые постарались объединить их возможности.
«В настоящее время ПО Quanfima ("Quantitative Analysis of Fibrous Materials") разработано и может быть использовано по назначению. Продукт можно скачать по ссылке. Наша программа позволяет анализировать параметры, которые являются ключевыми для любого биоматериала при использовании в регенеративной медицине, — рассчитать ориентацию волокон полимерных скаффолдов в пространстве, их размер (а также размер частиц, входящих в их состав, в случае композитных волокон), диаметр и пористость скаффолдов.
Это облегчает трехмерную визуализацию волокнистых биоматериалов. Кроме того, у программного продукта удобный и простой интерфейс, облегчающий визуализацию и статистический анализ. Также Quanfima может выполнять как 2D, так и 3D-анализ данных, что выгодно отличает его от аналогов», — уточняет Роман Сурменев.
Отметим, в рамках исследования ученые уже протестировали Quanfima, проанализировав данные рентгеновской томографии, полученные для волокнистых скаффолдов на основе поликапролактона, а также композитных скаффолдов на основе поликапролактона с добавлением биоактивных микрочастиц модифицированного гидроксиапатита — кремнийсодержащего гидроксиапатита.
«Программа позволила нам установить размер микровключений в виде микрочастиц или агломератов частиц модифицированного гидроксиапатита. Полученные результаты показывают, что разработанное программное обеспечение поможет другим ученым, которые проводят аналогичные нашим исследования, анализировать волокнистую структуру любых скаффолодов, в том числе и гибридных», — подчеркивает ученый, уточняя, что в планах разработчиков, — дальнейшее усовершенствование программного продукта с расширением функционала.
Источник: Служба новостей ТПУ