托木斯克国立大学材料科学家和物理学家首次获得了海绵状和致密骨组织结构和成分变化时变形特征的数据。种植体的存活率和患者康复的速度直接取决于此。借助新数据，托国立材料科学家将能够制造出具有最大生物力学兼容性的植入物。

“从生物力学相容性的角度来看，植入物材料的开发在植入物的存活中发挥着主要作用之一”，托国立超弹性生物界面实验室负责人叶卡捷琳娜·马尔琴科说道：“不同人的骨组织的成分和机械性能不同，因此同一个植入物可以在一位患者体内扎根，而不能在另一位患者体内扎根“。 

缺乏对替换碎片的机械行为分析以及由此导致的植入物选择不正确通常会导致骨-植入物界面处的骨组织吸收（溶解）。因此，需要进行更换修复结构的重复手术。

作为联合研究的一部分，托国立的材料科学家和物理学家设定的任务是找出两种主要类型的骨组织（松质骨和致密骨）的机械行为在其结构和成分发生变化时如何变化。

托国立超弹性生物界面实验室负责人叶卡捷琳娜·马尔琴科

“有大量关于计算机建模的文献，其中包括基于计算机断层扫描图像构建的松质骨组织碎片的三维几何模型”，叶卡捷琳娜·马尔琴科解释道：“因此，需要考虑特定患者骨骼结构和力学的特殊性，这不允许对骨组织作为一个整体的机械行为做出一般性结论“。

作为联合研究的一部分，材料科学家和物理学家开发了一种用于构建松质骨组织几何模型的新算法。它允许您通过改变连接杆（构成许多骨骼内部空间的骨组织的薄元素）的结构参数来重新排列模型片段的结构。这些结构不断变化，这有助于骨骼适应外部负载。该模型还隐含地考虑了骨胶原和矿物质成分的存在。

使用一种新的骨组织行为建模算法，科学家们评估了单轴压缩下松质骨组织模型碎片的应力应变状态的变化。研究发现，松质骨组织的内部结构，即主连接杆和次连接杆之间的相互作用，决定了样品在轴向压缩下三个相互垂直方向的变形响应。同时，骨骼的行为取决于薄内部元素的结构参数及其中矿物质的含量，这保证了骨骼的强度。

“现在我们确切地知道矿物质质量分数的增加如何改变骨骼的弹性及其机械性能”，叶卡捷琳娜·马尔琴科说为了让种植体扎根，弹性模量，即种植体和骨骼的强度必须尽可能接近。因此，在评估了骨骼的生物力学后，我们提前知道植入物应具有哪些特性，并在生产阶段通过改变合成条件（温度、压力等）来设定它们。这使得结构与患者的“天然”骨骼具有最大的生物相容性，这对于种植体的良好存活和快速康复是必要的“。

在俄罗斯政府和联邦计划“优先计划2030”（战略项目“安全技术”）的支持下，托国立超弹性生物界面实验室的科学家正在开发用于重建手术的新材料和新技术。