Новости

Учёные из Университета «Сириус» и ЮАР разработали методику численного моделирования биопротезов аортального клапана из тканей животных
Учёные из Университета «Сириус» и ЮАР разработали методику численного моделирования биопротезов аортального клапана из тканей животных
16 сентября 2026

Исследователи Научно-технологического университета «Сириус» совместно с коллегами из Южно-Африканской Республики и Пермского национального исследовательского политехнического университета разработали новый метод, комбинирующий проведение экспериментальных исследований механических свойств тканей животного происхождения и численного моделирования биопротезов для лечения патологии аортального клапана. Оказалось, что архитектура волокон створки напрямую влияет на производительность протеза. Результаты работы, опубликованные в журнале Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, помогут инженерам создавать импланты, которые будут дольше служить пациентам и реже требовать замены.

Биопротезы аортальных клапанов из тканей животных, прежде всего свиного перикарда, сегодня считаются «золотым стандартом» лечения пороков сердца. В отличие от механических протезов, которые изготавливают из искусственных материалов и которые требуют пожизненного приёма препаратов, разжижающих кровь (иначе на клапане образуются тромбы), биологические клапаны этой проблемы лишены. Однако у них есть другой недостаток. Со временем ткань изнашивается, теряет эластичность и перестаёт плотно смыкаться, что нарушает работу клапана.

Чтобы продлить срок службы таких протезов, необходимо хорошо понимать, как ведет себя ткань под нагрузкой и как это влияет на движение створок и течение крови. В целях продления срока службы имплантов, производители клапанов всё чаще используют компьютерное моделирование ещё на этапе проектирования, но до недавнего времени в научном сообществе не было единого мнения о том, как именно описать поведение живой ткани в условиях реальных нагрузок с точки зрения выбора корректной математической модели.

Graphical abstract (1).png

Решая эту задачу, международный коллектив, в который вошли учёные из Научно-технологического университета «Сириус», Пермского Политеха и Южно-Африканской Республики, разработал методику для численного моделирования биопротезов аортального клапана, где створки выполнены из тканей животных. Учёные растягивали образцы свиного перикарда в двух направлениях, имитируя нагрузку работающего сердца, а затем попробовали описать полученные данные с помощью десяти существующих математических моделей. Оказалось, что наиболее точными оказались две модели, которые напрямую связывают свойства материала с его структурой (модели с архитектурой распределения волокон в в двух и четырёх направлениях).

Расчёты показали, что обе модели способны давать близкие значения основных клинических показателей. Однако локальные характеристики, такие как напряжение сдвига на поверхности створок и вихревые структуры в потоке крови, заметно различались. Модель с распределением волокон в четырёх направлениях показала самые лучшие результаты.


«Следует отметить, что напряжение сдвига — это сила трения, с которой кровь воздействует на поверхность створок. Если оно слишком высокое или распределено неравномерно, это может повреждать ткань и ускорять её износ. В расчётах самые высокие значения этого показателя возникали в моменты закрытия клапана, особенно у краев створок и в местах их крепления к стенке аорты. То есть именно там, где в реальных биопротезах чаще всего возникают кальцификаты или появляются повреждения», — рассказывает соавтор исследования, младший научный сотрудник научной группы Научного центра генетики и наук о жизни Научно-технологического университета «Сириус» Никита Пиль.

В результате исследования было показано, что максимальная скорость кровотока, перепад давления в зоне расположения клапана и эффективная площадь его отверстия — все эти показатели оказались в пределах нормы для обеих моделей. Однако модель с распределением волокон в четырёх направлениях показала наиболее сбалансированные результаты.

«Разработанная технология, включающая методику проведения экспериментальных исследований, определения параметров математических моделей и численного моделирования, является существенным шагом для описания поведения биопротезов со створками животного происхождения с целью прогнозирования и управления долгосрочным поведением и долговечностью аортального клапана. С другой стороны, полученные результаты могут стать основой для создания полимерных створок методами ротационной 3D-печати с учётом комплексной архитектуры волокон», — говорит соавтор исследования, руководитель научной группы Научного центра генетики и наук о жизни Университета «Сириус» Алексей Кучумов.

Учёные полагают, что выбор математической модели влияет не только на то, как клапан открывается и закрывается, но и на то, как кровь обтекает створки, а значит — и на долговечность протеза. Полученные результаты помогут инженерам более точно проектировать биопротезы, прогнозируя их износ ещё на этапе разработки.

Работа выполнена при поддержке государственной программы научно-технологического развития федеральной территории «Сириус» (проект «Развитие технологии для проектирования, численного моделирования и аддитивного производства сетчатых конструкций для транскатетерной имплантации аортального клапана»).

Автор: Денис Новиков




		
Смотрите также:
16.09.2026
Учёные из Университета «Сириус» и ЮАР разработали методику численного моделирования биопротезов аортального клапана из тканей животных
15.09.2026
В Сириусе обсудят практические климатические решения для экосистем, городов, сельского хозяйства и экономики
15.09.2026
Химики создали магнитную жидкость для медицинской диагностики и лечения опухолей
15.09.2026
Исследование учёных Сириуса поможет разрабатывать улучшенные сорта гороха и других бобовых культур
14.09.2026
«Университет, который знания производит, а не воспроизводит»: все 245 аспирантов Сириуса стали младшими научными сотрудниками Университета «Сириус»
11.09.2026
В Сириусе открыт набор на короткие образовательные программы для студентов
Обратная связь

Нажимая на кнопку «СОГЛАСЕН», Вы подтверждаете, что проинформированы об использовании на нашем сайте файлов cookie, а также ознакомлены с нашей Политикой конфиденциальности.

Согласен