zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2020-86-1-26-31zldm-1142Research ArticleФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И КОНТРОЛЯPHYSICAL METHODS OF RESEARCH AND MONITORINGИсследование полилактидных матриксов методом рентгеновской микротомографииStudy of polylactide matrices using x-ray microtomographyКривоносовЮ. С.KrivonosovYuriy S.

Юрий Станиславович Кривоносов

119333, Москва, Ленинский пр. 59

Leninskiy pr. 59, Moscow, 119333

Yuri.S.Krivonosov@yandex.ruЧукалинаМ. В.ChukalinaMarina V.

Марина Валерьевна Чукалина

119333, Москва, Ленинский пр. 59

Leninskiy pr. 59, Moscow, 119333

БузмаковА. В.BuzmakovAlexey V.

Алексей Владимирович Бузмаков

119333, Москва, Ленинский пр. 59

Leninskiy pr. 59, Moscow, 119333

АсадчиковВ. Е.AsadchikovVictor E.

Виктор Евгеньевич Асадчиков

119333, Москва, Ленинский пр. 59

Leninskiy pr. 59, Moscow, 119333

РусаковА. А.RusakovAndrey A.

Андрей Артемьевич Русаков

119333, Москва, Ленинский пр. 59

Leninskiy pr. 59, Moscow, 119333

МариянацА. О.MariyanatsAlexandra O.

Александра Олеговна Мариянац

108840, г. Троицк, ул. Пионерская 2

Pionerskaya ul. 2, Troitsk, 108840

ПоповВ. К.PopovVladimir K.

Владимир Карпович Попов

108840, г. Троицк, ул. Пионерская 2

Pionerskaya ul. 2, Troitsk, 108840

vladikarpopov@gmail.comЗанинИ. О.ZaninIllarij O.

Илларий Олегович Занин

142432, Московская обл., г. Черноголовка, Школьный бульвар 20

Shkolniy bulvar 20, Chernogolovka, Moscow obl., 142432

larryzanin@mail.ruКуликВ. Л.KulikVladislav L.

Владислав Леонидович Кулик

142432, Московская обл., г. Черноголовка, Школьный бульвар 20

Shkolniy bulvar 20, Chernogolovka, Moscow obl., 142432

Институт кристаллографии имени А. В. Шубникова ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАНРоссияShubnikov Institute of Crystallography, FSRC «Crystallography and Photonics», RASRussian FederationИнститут фотонных технологий ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАНРоссияInstitute of Photon Technologies, FSRC «Crystallography and Photonics», RASRussian FederationНОУ «ШколЯр»РоссияNonprofit general education institution «ShkolYar»Russian Federation2020300120208612631Copyright © Кривоносов Ю.С., Чукалина М.В., Бузмаков А.В., Асадчиков В.Е., Русаков А.А., Мариянац А.О., Попов В.К., Занин И.О., Кулик В.Л., 20202020Кривоносов Ю.С., Чукалина М.В., Бузмаков А.В., Асадчиков В.Е., Русаков А.А., Мариянац А.О., Попов В.К., Занин И.О., Кулик В.Л.Krivonosov Y.S., Chukalina M.V., Buzmakov A.V., Asadchikov V.E., Rusakov A.A., Mariyanats A.O., Popov V.K., Zanin I.O., Kulik V.L.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.zldm.ru/jour/article/view/1142

Трехмерные матриксы из биодеградируемых полимеров — перспективный материал для решения задач регенеративной медицины. Их широко применяют при восстановлении целостности и функций тканей и органов с помощью биоискусственных тканеинженерных конструкций. Цель работы — исследование структуры пористых биорезорбируемых полимерных матриксов для тканевой инженерии методом рентгеновской микротомографии. Образцы получали методом сверхкритической флюидной пластификации D,L-полилактида и его последующего вспенивания в цилиндрических пресс-формах. Томография дает возможность создать трехмерную модель объекта, оценить не только интегральную пористость матрикса (как это делают традиционные сорбционные методы), но и распределение пор по размерам и пространству. Это позволяет оптимизировать параметры технологических процессов изготовления полилактидных матриксов требуемой для тех или иных биомедицинских применений архитектоники и прогнозировать ход протекания процессов их биорезорбции в ферментативных средах. Исследования проводили с использованием лабораторного микротомографа (материал анода — молибден, время сканирования образца — 120 мин, размер пикселя детектора — 9 мкм). Томографическую реконструкцию выполняли алгебраическим методом. Необходимую для расчета структурных характеристик исследуемых матриксов процедуру бинаризации реализовывали методом, включающим выбор глобального порога. Проведенные расчеты пористости и однородности ее распределения в объеме полимера и оценка удельной площади поверхности пор показали изотропность пространственной структуры полилактидных матриксов.

Three-dimensional matrices of biodegradable polymers are promising materials for regenerative medicine. They are widely used in restoring the integrity and functions of tissues and organs using bio-artificial tissue engineering structures. We present the results of studying the structure of porous bioresorbable polymer matrices for tissue engineering using X-ray microtomography. Samples were obtained by supercritical fluid plasticization of D,L-polylactide with subsequent foaming in cylindrical molds. The tomographic method makes it possible to construct a three-dimensional voxel model of the object under study and gain apart from the estimate on the integral matrix porosity (characteristic data obtained by traditional sorption procedures) additional information about the size and spatial distribution of pores thus providing a possibility of optimization of the process parameters for production of polylactide matrices required for specific biomedical applications of architectonics, as well as forecasting the processes of their bioresorption in enzymatic media. The experiments were carried out on a laboratory microtomograph (Mo anode, the scan time of the sample is 120 min, the detector pixel size is 9 μm). Tomographic reconstruction was performed by algebraic method. The binarization procedure required for calculation of the structural characteristics of studied matrices was implemented by the method with the choice of a global threshold. Calculations of the porosity and homogeneity of the porosity distribution in the bulk, as well as estimation of the specific surface area of pores revealed the isotropy of the spatial structure of polylactide matrices.

полимерные пористые матриксырентгеновская микротомографиябинаризация результатов томографиипористостьpolymer porous matricesX-ray microtomographybinarization of the tomography resultsporosityReferencesСевастьянов В. И. Технологии тканевой инженерии и регенеративной медицины / Вестник трансплантологии и искусственных органов. 2014. Т. XVI. № 3. С. 93 – 108.Sevastianov V. I. Technologies of tissue engineering and regenerative medicine / Vestn. Transplantol. Iskusstv. Organov. 2014. Vol. XVI. N 3. P. 93 – 108 [in Russian].Биосовместимые материалы: учеб. пособие. / Под ред. Севастьянова В. И., Кирпичникова М. П. — М.: МИА, 2011. — 544 с.Biocompatible materials / Ed. by Sevastianov V. I., Kirpichnikov M. P. — Moscow: MIA, 2011. — 544 p. [in Russian].Сургученко В. А. Матриксы для тканевой инженерии и гибридных органов. Биосовместимые материалы: учеб. пособие. — М.: МИА, 2011.Surguchenko V. A. The matrices for tissue engineering and hybrid organs. Biocompatible materials. — Moscow: MIA, 2011 [in Russian].Антонов Е. Н., Бухарова Т. Б., Дунаев А. Г. и др. Новые «старые» полилактиды для тканеинженерных конструкций / Перспективные материалы. 2017. № 2. С. 14 – 25.Antonov E. N., Bukharova T. B., Dunaev A. G., et al. New «old» polylactides for tissue engineering constructions / Perspekt. Mater. 2017. N 2. P. 14 – 25 [in Russian].Karageorgiou V., Kaplan D. Porosity of 3D biomaterial scaffolds and osteogenesis / Biomaterials. 2005. Vol. 26. N 27. P. 5474 – 5491.Karageorgiou V., Kaplan D. Porosity of 3D biomaterial scaffolds and osteogenesis / Biomaterials. 2005. Vol. 26. N 27. P. 5474 – 5491.Tai H., Popov V., Shakesheff K., Howdle S. Putting the fizz into chemistry: applications of supercritical carbon dioxide in tissue engineering, drug delivery and synthesis of novel block copolymers / Biochemical Society Transactions. 2007. Vol. 35. P. 516 – 521.Tai H., Popov V., Shakesheff K., Howdle S. Putting the fizz into chemistry: applications of supercritical carbon dioxide in tissue engineering, drug delivery and synthesis of novel block copolymers / Biochemical Society Transactions. 2007. Vol. 35. P. 516 – 521.Bogorodski S. E., Krotova L. I., Mironov A. V., Popov V. K. Fabrication of highly porous bioresorbable polymer matrices using supercritical carbon dioxide / Russ. J. Physical Chemistry B. 2013. Vol. 7. N 8. P. 916 – 923.Bogorodski S. E., Krotova L. I., Mironov A. V., Popov V. K. Fabrication of highly porous bioresorbable polymer matrices using supercritical carbon dioxide / Russ. J. Physical Chemistry B. 2013. Vol. 7. N 8. P. 916 – 923.Bogorodski S. E., Vasilets V. N., Krotova L. I., Minaeva S. A., Mironov A. V., Nemets E. A., Surguchenko V. A., Popov V. K., Sevastianov V. I. Fabrication of bioactive highly porous polymer matrixes for tissue engineering / Inorganic Materials: Applied Research. 2013. Vol. 4. N 5. P. 448 – 456.Bogorodski S. E., Vasilets V. N., Krotova L. I., Minaeva S. A., Mironov A. V., Nemets E. A., Surguchenko V. A., Popov V. K., Sevastianov V. I. Fabrication of bioactive highly porous polymer matrixes for tissue engineering / Inorganic Materials: Applied Research. 2013. Vol. 4. N 5. P. 448 – 456.Бузмаков А. В., Асадчиков В. Е., Золотов Д. А. и др. Лабораторные микротомографы: конструкция и алгоритмы обработки данных / Кристаллография. 2018. Т. 63. № 6. С. 1007 – 1011.Buzmakov A. V., Asadchikov V. E., Zolotov D. A., et al. Laboratory Microtomographs: Design and Data Processing Algorithms / Crystallography Reports. 2018. Vol. 63. N 6. P. 1057 – 1061.Чукалина М. В., Бузмаков А. В., Николаев Д. П. и др. Рентгеновская микротомография с использованием лабораторного источника: техника измерений и сравнение алгоритмов реконструкции / Измерительная техника. 2008. № 2. С. 19 – 24.Chukalina M. V., Buzmakov A. V., Senin R. A., et al. Optophysical measurements: X-ray microtomography using a laboratory source: measurement technique and comparison of reconstruction algorithms / Measurement techniques. 2008. Vol. 51. N 2. P. 136 – 145.Бузмаков А. В., Асадчиков В. Е., Золотов Д. А. и др. Лабораторные рентгеновские микротомографы: методы предобработки экспериментальных данных / Известия РАН. 2019. Т. 83. № 2. С. 194 – 197.Buzmakov A. V., Asadchikov V. E., Zolotov D. A., et al. Laboratory X-ray Microtomography: Ways of Processing Experimental Data / Bull. RAS. Phys. 2019. Vol. 83. N 2. P. 146 – 149.Салтыков С. А. Стереометрическая металлография. — М.: Металлургия, 1976. — 270 с.Saltykov S. A. Stereometric metallography. — Moscow: Metallurgiya, 1976. — 270 p. [in Russian].Burnaev E., Erofeev P., Papanov A. Influence of resampling on accuracy of imbalanced classification / Proc. SPIE 9875. 8th International Conference on Machine Vision (ICMV 2015). 2015. 987521.Burnaev E., Erofeev P., Papanov A. Influence of resampling on accuracy of imbalanced classification / Proc. SPIE 9875. 8th International Conference on Machine Vision (ICMV 2015). 2015. 987521.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.