Из панцирей крабов получили трехмерные структуры для замены поврежденных тканей организма

Ученые Первого МГМУ имени И.М. Сеченова с помощью 3D-печати создали биосовместимые структуры на основе хитина панцирей крабов. Метод позволяет получить структуры нужной формы для разных биомедицинских задач, в том числе для замены поврежденных мягких тканей организма. Статья об исследовании опубликована в Marine Drugs.

От 50 до 70% веса всех выловленных в мире крабов составляют панцири и другие побочные продукты. Как правило, такие отходы уничтожают, что требует дополнительных затрат, и лишь небольшая часть перерабатывается. Между тем морские ракообразные содержат большое количество хитина. Этот полисахарид часто встречается в природе, из него состоят, например, экзоскелеты насекомых. Если удалить из хитина химическим путем часть ацетильных групп СН₃СО, можно получить хитозан — биополимер с уникальным набором биологических и физико-химических характеристик. Он биосовместим, то есть не вызывает при имплантации в организм воспаления или иммунной реакции, обладает противогрибковыми и антимикробными свойствами и в организме со временем разлагается на нетоксичные компоненты. Поэтому хитозан и его производные — перспективные соединения для биомедицины. На их основе можно создать новые типы биосовместимых структур для восстановления поврежденных тканей или носители для доставки лекарств.

Классический способ получения хитозана из хитина требует обработки сырья агрессивными химическими реагентами, например концентрированными растворами щелочей. Из-за небольшого выхода хитозана и токсичности необходимых растворителей подобные методы не подходят для промышленного использования. Авторы статьи в Marine Drugs предложили более экологичный способ модификации хитина — механохимический синтез. Метод заключается в тройном воздействии на твердую смесь: реагентами, давлением и сдвиговыми напряжениями. При этом требуется меньше щелочи, чем при классическом химическом синтезе, а растворители, катализаторы и инициаторы химических процессов не используются. Полученный таким методом хитозан можно использовать в медицинских целях без дополнительной очистки от остатков токсичных веществ.

Этот же метод ученые использовали для синтеза на основе хитозана нескольких его производных с разным содержанием (от 5 до 50%) аллильных групп. При такой модификации в структуру хитозана вводятся аллильные группы — производные пропилена, органические заместители с двойной связью между атомами углерода. Благодаря этому производные хитозана приобретают способность формировать под действием ультрафиолетового и лазерного излучения и при участии фотоинициатора фотосшитые пленки или трехмерные структуры любой сложной геометрии.

Пленки из производных хитозана были получены методом фотополимеризации: растворы полимеров в уксусной кислоте поместили на пластиковую подложку и облучили ультрафиолетом до затвердевания. А для формирования трехмерных структур исследователи применили лазерную стереолитографию, одну из технологий 3D-печати. Это простой и быстрый метод создания трехмерных моделей, не требующий дорогостоящего оборудования. Он заключается в послойном формировании по заданной компьютерной модели трехмерного каркаса-скаффолда. В растворы полученных производных хитозана вводили фотоинициатор, а затем запускали реакцию фотополимеризации с помощью лазерного изучения. Получившиеся структуры сначала замораживали, а затем сушили в вакуумной камере — такой метод называется лиофильной сушкой. После этого материал структур стал пористым.

Финальной частью исследования стала имплантация сформированных структур белым крысам. Имплантаты помещали под кожу крысам в межлопаточную область. Эксперимент in vivo, то есть на живых животных, продолжался 90 суток, и за это время имплантаты не проявили признаков токсичности, что указывает на биосовместимость материала скаффолдов. Ученые установили, что биодеградация имплантированных структур началась только после 60 дней эксперимента. В дальнейшем исследователи рассчитывают научиться управлять этим процессом и создавать имплантаты с нужной скоростью биоразложения.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.