Біомедична інженерія і технологія

ЗАСТОСУВАННЯ ХІРУРГІЧНИХ ТЕХНОЛОГІЙ, ЗАСНОВАНИХ НА ФІЗИЧНИХ ПРИНЦИПАХ

Станіслав Попов, Олексій Лебедєв — чт, 20 лис 2025 00:00:00 +0200

У даній роботі описуються сучасні методи зварювання та диссекції живих тканин, які використовуються в хірургії. Автори порівнюють переваги та недоліки методів, які засновані на трьох фізичних принципах. Контактне зварювання, яке засноване на використанні високочастотного електричного струму для денатурації білків і утворенні міцного з'єднання. Лазерна хірургія, що використовує лазерну енергію для нагрівання та коагуляції тканин. Ультразвукова хірургія, в якій застосовуються ультразвукові хвилі для з'єднання тканин, а також для руйнування пухлин, спаювання тканин, тощо.
Також описуються перспективні напрямки розвитку даних технологій, наприклад, використання ультразвуку в стоматології (ультразвуковий скальпель); високочастотне електрохірургічне зварювання для відновлення цілісності стовбурових клітин, нервів; лазерна хірургія в стоматології; ультразвукова хірургія для фіксації біорозкладаних пластин при переломах нижньої щелепи у дітей; високочастотне зварювання живих тканин (HF LTW) в дитячій хірургії легенів; електрозварювання для накладення колоректального анастомозу; лазерне зварювання аргоновим лазером для з'єднання стінок кишечника; лазерне зварювання з нанокомпозитним матеріалом для герметизації розривів тонкого кишечника.
Методи. Комплексний систематичний огляд, що узагальнює стан досліджень LTS живих тканин на основі статей, індексованих у Scopus, WoS, DOAJ та Google Scholar

ВИКОРИСТАННЯ НІТИНОЛОВИХ ШТУЧНИХ М’ЯЗІВ У ПРОТЕЗУВАННІ

Іліан Колнаузов, Оксана Білошицька — чт, 20 лис 2025 00:00:00 +0200

У роботі представлено дослідження створення штучного м’яза на основі матеріалу з ефектом пам’яті форми − нітинолу. Цей матеріал має здатність повертатися до заздалегідь визначеної форми після нагрівання, що відкриває широкі можливості для використання його у біомедичній інженерії, зокрема у створенні протезів та роботизованих систем. Було проведено ряд експериментальних досліджень, у ході яких вивчались оптимальні параметри роботи нітинолу, зокрема напруга, сила струму, час реакції та тягове зусилля. Встановлено, що оптимальним для нагрівання дроту є значення струму близько 1 А та напруга 5 В. При перевищенні цих параметрів спостерігається перегрівання матеріалу, що може призвести до пошкодження системи.
Для практичної реалізації управління штучним м’язом було розроблено схему з використанням мікроконтролера Arduino Uno Rev3. Блок керування включає сенсори м’язової активності (AD8231), тиску (FSR 400) та згину, які подають сигнал на мікроконтролер у разі активації. Контроль за подачею струму до нітинолового м’яза здійснюється за допомогою N-канального mosFET транзистора IRLR8743, здатного витримувати високі навантаження без перегріву. Для зменшення ризику пошкодження передбачено імпульсний режим подачі струму: одна секунда активності та три секунди паузи.
Макет було реалізовано на безпечній платі, де відбувалася перевірка роботи у демонстраційному режимі. Результати експериментів свідчать про працездатність запропонованої системи та можливість її використання у майбутньому при розробці протезів нового покоління. Отримані результати можуть бути корисними для розробників у сфері біомедичних технологій та інженерії, а також слугувати основою для подальших досліджень.

3D-БІОДРУК МОДЕЛЕЙ ЕНДОМЕТРІЮ: СУЧАСНІ ПІДХОДИ, БІОМАТЕРІАЛИ ТА ПЕРСПЕКТИВИ РЕГЕНЕРАЦІЇ ТКАНИН МАТКИ

Марія Отрода, Оксана Білошицька, Тетяна Луценко — чт, 20 лис 2025 00:00:00 +0200

Формування моделей ендометрію за допомогою технологій тривимірного (3D) біодруку є одним із найперспективніших напрямів сучасної регенеративної медицини, орієнтованим на відновлення морфологічної структури та біологічних функцій матки при ушкодженнях різного генезу. До таких ушкоджень належать синдром Ашермана, рубцеві зміни після хірургічних втручань, наслідки пологових травм, хронічні запальні процеси та неефективна регенерація ендометрію після кюретажів. У статті проаналізовано актуальні стратегії створення біодрукованих двошарових конструкцій, вибір біоматеріалів, типів клітин, параметрів друку. Окрему увагу приділено гідрогелям як основі біочорнил: описано їхню структурну стабільність, в’язкоеластичні характеристики, біосумісність, контроль деградації та можливості модифікації для підвищення клітинної адгезії. Проаналізовано роль епітеліальних, стромальних і мезенхімальних стовбурових клітин у відтворенні функціонально релевантного мікрооточення, яке забезпечує взаємодію клітин із матриксом та реагування на гормональні сигнали. Порівняно ефективність різних архітектур конструкцій, а також методів васкуляризації та комбінування клітинних популяцій. Наведено приклади експериментальних моделей in vivo, де біодруковані структури сприяли проліферації клітин, збереженню рецепторної активності до естрогену та прогестерону, а також частковому відновленню фертильності у тварин. Обговорено ключові бар’єри клінічного впровадження: нестачу уніфікованих протоколів, складність масштабування виробництва, потребу у стандартизації біоматеріалів, етичні та регуляторні аспекти. Окреслено перспективні напрями розвитку, включно з інтеграцією біодруку з органоїдними і мікрофлюїдними системами, застосуванням штучного інтелекту для прогнозування поведінки клітин і оптимізації параметрів друку, а також створенням біобанків клітин і біоматеріалів для персоналізованої терапії. Отримані результати підкреслюють потенціал 3D-біодруку двошарових конструкцій ендометрію як інноваційного підходу до лікування жіночого безпліддя та відновлення репродуктивного здоров’я.

ПРОГРАМНО-АПАРАТНИЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ КОНТРОЛЮ АНТРОПОМЕТРИЧНИХ ПАРАМЕТРІВ ДИТИНИ

Світлана Вовянко, Максим Колбасін — чт, 20 лис 2025 00:00:00 +0200

Мета роботи: створення програмно-апаратного комплексу для контролю антропометричних параметрів дітей, який забезпечує автоматизований збір, збереження, аналіз та оцінку показників з можливістю своєчасної корекції виявлених відхилень через індивідуальні рекомендації. Комплекс розробляється з урахуванням можливості використання у педіатричній практиці та батьками вдома, що робить його універсальним інструментом для моніторингу здоров’я в різних умовах. Актуальність: розрахунок антропометричних даних у дітей включає значну кількість параметрів, що потребує багато часу та зусиль лікаря. При вимірюванні до 20 показників і подальшому веденні індивідуального статистичного контролю виникає ризик помилок і затримок у корекції. Автоматизація та впровадження програмно-апаратного комплексу дозволяють значно прискорити обробку даних, зробити процес більш точним та доступним, зменшити навантаження на медичного працівника та підвищити якість контролю за фізичним розвитком пацієнтів. Новизна: комплекс передбачає інтеграцію автоматичного моніторингу споживання нутрієнтів із антропометричними вимірюваннями. Згідно з наказом МОЗ України №1073 від 03.09.2017, для корекції відхилень ефективно застосовується індивідуалізована дієтотерапія, адаптована до вікових норм і потреб конкретної дитини. Розрахунковий модуль дозволяє лікарю та батькам вибирати оптимальний склад білків, жирів і вуглеводів, а також гнучко налаштовувати ці показники відповідно до рекомендацій спеціаліста. Практична реалізація: програмно-апаратний комплекс підтримує роботу на смартфонах, комп’ютерах і ноутбуках, що важливо в умовах обмеженого доступу до спеціалізованого обладнання. Використання такої системи сприятиме своєчасному виявленню проблем, профілактиці захворювань, пов’язаних з ожирінням або дефіцитом маси, і забезпечить комплексний підхід до гармонійного розвитку дитини на всіх етапах її росту та формування.

IN SILICO МОДЕЛІ ПРОГНОЗУВАННЯ МУТАГЕННОСТІ ЕЙМСА ОСНОВНИХ СТРУКТУРНИХ КЛАСІВ КСЕНОБІОТИКІВ НА ОСНОВІ МЕТОДУ ВИПАДКОВОГО ЛІСУ

Сергій Кисляк, Олексій Дуган, Руслана Єсипенко, Олена Яловенко — чт, 20 лис 2025 00:00:00 +0200

Анотація – В умовах активного розвитку промисловості спостерігається щорічне суттєве збільшення кількості хімічних сполук, що можуть потрапляти у навколишнє середовище. Достатньо велика кількість ксенобіотиків, через механізми прямого або опосередкованого впливу на генетичний апарат людини, можуть індукувати спадкові та/або онкологічні захворювання. Зростаюча кількість хімічних речовин, що потрапляють у довкілля та можуть впливати на генетичне здоров`я людської популяції, викликає занепокоєння у громадськості. В такій ситуації критично важливим є ефективний контроль та облік усіх ксенобіотиків, що можуть проявляти потенційні генотоксичні властивості. Для класичних in vitro та in vivo методів, що дозволяють отримати оцінку генотоксичності факторів навколишнього середовища, наявні суттєві недоліки, що пов`язані зі складністю проведення експерименту, значними фінансовими витратами та низькою відтворюваністю результатів у різних лабораторіях. Крім того, при проведенні експериментальних досліджень необхідно враховувати прийняту науковою спільнотою концепцію «3R», що направлена на зменшення, вдосконалення та заміну моделей тварин. Такі обмеження у застосуванні класичних in vitro та in vivo методів генетичної оцінки факторів навколишнього середовища стали фундаментом для формування основного вектору розвитку сучасної комп`ютерної токсикології, в основі якого оцінка генотоксичних та токсичних ефектів досягається за допомогою прогностичних in silico моделей. У цьому контексті заслуговують на увагу QSAR моделі, що відповідно до кількісного зв`язку між структурою ксенобіотиків та активністю дозволяють отримати оцінку їх мутагенного потенціалу. У роботі представлена методологія покращення точності in silico моделей оцінки мутагенності Еймса (Ames/QSAR), на основі ансамблевих алгоритмів машинного навчання. Встановлено, що точність Ames/QSAR моделей можна підвищити через селекцію найбільш впливових ознак, що представлені молекулярними дескрипторами. Крім того, підвищення прогностичної здатності Ames/QSAR моделей може бути досягнене за рахунок формування однорідних структурних класів ксенобіотиків, що представлені хімічними сполуками, які мають спільну будову молекулярного каркасу. Показано, що обмежений перелік молекулярних дескрипторів може бути використаний для пошуку причинно-наслідкових зв`язків між мутагенністю та фізико-хімічними, електронними, просторовими властивостями ксенобіотиків, що задаються різними наборами молекулярних дескрипторів.

ОЦІНКА ЧУТЛИВОСТІ СЕНСОРНИХ ТЕХНОЛОГІЙ ДО ЗОВНІШНІХ ВПЛИВІВ У СИСТЕМАХ КОНТРОЛЮ РУХОВОЇ АКТИВНОСТІ ПАЦІЄНТІВ

Ніна Степаненко, Андрій Дубко — чт, 20 лис 2025 00:00:00 +0200

Системи відстеження рухів людини посідають важливе місце в сучасних реабілітаційних програмах, проте їхня ефективність значною мірою визначається стабільністю роботи сенсорних модулів у реальних умовах експлуатації та клінічного застосування. Метою даного дослідження було проаналізувати, яким чином зовнішні фактори середовища — температура, вологість, електромагнітне випромінювання, механічні й вібраційні впливи, а також дію хімічно агресивних середовищ — впливають на точність та надійність вимірювань біомедичних пристроїв для моніторингу рухів. Окрему увагу приділено оцінці рівня чутливості різних типів сенсорів до зовнішніх впливів. У роботі використано комплексний підхід: проведено систематичний огляд і відбір наукових джерел у провідних базах даних (PubMed, IEEE Xplore, ScienceDirect, SpringerLink, Google Scholar), проведено структуризацію сенсорних технологій за принципом дії та типом отримуваних сигналів (інерційні вимірювальні одиниці, акселерометри, гіроскопи, магнітометри, гнучкі сенсори та відеоаналітичні системи) та проаналізовано особливості їхньої роботи за різних зовнішніх впливів. Отримані результати демонструють, що навіть незначні коливання температури або рівня вологості можуть спричиняти статистично значимий дрейф сигналів (signal drift), а електромагнітні поля та вібраційні впливи здатні викликати короткочасні збої або деградацію стабільності калібрування або збільшення похибки вимірювання. Проведений аналіз дозволив виділитисенсорні технології з найнижчою стійкістю до зовнішніх факторів, сформувати критерії для їх тестування та визначити напрямки удосконалення протоколів валідації та метрологічного забезпечення. Практична значущість роботи полягає в тому, що результати можуть бути використані при розробленні нових стандартів оцінки якості реабілітаційних пристроїв, а також для оптимізації умов їхнього застосування в клінічних і домашніх сценаріях. Перспективи подальших досліджень пов’язані з розробкою адаптивних алгоритмів компенсації впливів середовища та створенням інтегрованих методик випробувань, здатних забезпечити високу відтворюваність і метрологічну узгодженість результатів у різних експлуатаційних умовах.