Исследователи из Томского политехнического университета и Технологического института Карлсруэ разработали программное обеспечение Quanfima, позволяющее анализировать структуру скаффолдов — полимерных каркасов, которые служат основой для выращивания новых органов и тканей.

Разработка стала первой среди подобных в открытом доступе , которая работает с разными видами биоматериалов. Результаты исследований опубликованы в статье в журнале PLOS One.

Композитные трехмерные скаффолды — материалы с волокнистой структурой, которые способствуют регенерации тканей. Биоматериалы анализируют сканирующей электронной микроскопией, атомно-силовой микроскопией и другими методами. Получаемые изображения нужно обрабатывать. Анализ волокнистой структуры композитных материалов, особенно в трехмерном пространстве, остается сложной задачей из-за различного диаметра волокон (от микро- до наноразмеров) и их состава. Волокна надо оценивать с точки зрения их ориентации в пространстве относительно выбранного базиса и размера. Есть несколько зарубежных коммерческих продуктов, чей функционал позволяет решать задачу, однако в открытом доступе таких программ нет.

Исследователи задались целью это исправить и создали программный пакет Quanfima. По словам разработчиков, пакет основан на нескольких широко распространенных продуктах для анализа данных: NumPy, SciPy, scikit-image, VIGRA, Pandas, Statsmodels и других. Программа позволяет анализировать параметры биоматериала — 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. Quanfima может выполнять как 2D, так и 3D-анализ данных.

Ученые протестировали Quanfima, проанализировав снимки рентгеновской томографии для скаффолдов на основе поликапролактона и поликапролактона с добавлением биоактивных микрочастиц кремнийсодержащего гидроксиапатита.

Ю «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 скаффолдов, в том числе и гибридных», — отметил один из исследователей, директор научно-исследовательского центра «Физическое материаловедение и композитные материалы» ТПУ Роман Сурменев.