Un team di scienziati della Sechenov First Moscow State Medical University ha utilizzato la stampa 3D per creare strutture biocompatibili sulla base della chitina ottenuta dai gusci di granchio. Questo metodo aiuterà a sviluppare strutture con determinate forme per scopi biomedici, compresa la sostituzione dei tessuti molli danneggiati nel corpo umano. L'articolo è stato pubblicato su Droghe marine .

I gusci e altri sottoprodotti rappresentano dal 50 al 70 percento del peso di tutti i granchi catturati nel mondo. Di regola, sono distrutti, che richiede investimenti aggiuntivi. Viene elaborata solo una parte minore. Però, i corpi dei crostacei marini contengono molta chitina. Questo polisaccaride è molto diffuso in natura, ad esempio, ne sono fatti gli esoscheletri degli insetti. Rimuovendo alcuni gruppi acetile dalla chitina, i ricercatori possono ottenere chitosano, un biopolimero con un insieme unico di proprietà biologiche, fisico, e proprietà chimiche. è biocompatibile, cioè non provoca infiammazione o risposta immunitaria quando impiantato nel corpo. Ha anche proprietà antimicotiche e antimicrobiche e si decompone gradualmente nel corpo senza lasciare componenti tossici. Ecco perché il chitosano e i suoi derivati ​​sono promettenti per la medicina. Su questa base, possono essere creati nuovi tipi di strutture biocompatibili per ripristinare i tessuti danneggiati oi vettori per la somministrazione mirata di farmaci.

Il modo tradizionale di ottenere il chitosano dalla chitina richiede il trattamento della materia prima con reagenti chimici aggressivi come soluzioni alcaline concentrate. A causa della piccola quantità di chitosano prodotto e della tossicità delle soluzioni, questi metodi non possono essere utilizzati su scala industriale. Gli autori dell'articolo suggeriscono un metodo più ecologico di modifica della chitina:la sintesi meccanochimica. Il metodo prevede tre tipi di trattamento di una miscela solida:con reagenti, pressione e sforzo di taglio. Richiede meno alcali rispetto alla sintesi chimica tradizionale, e senza solventi, catalizzatori, o sono richiesti iniziatori di processo. Il chitosano così ottenuto può essere utilizzato per scopi medici senza purificazione e rimozione di sostanze tossiche residue.

Gli scienziati hanno utilizzato lo stesso metodo per sintetizzare un numero di derivati ​​del chitosano con diverso contenuto di gruppi allilici (dal 5% al ​​50%). Nel corso di tale modifica, gruppi allilici (derivati ​​del propilene, sostituenti organici con un doppio legame tra atomi di carbonio) vengono aggiunti alla struttura del chitosano. Ciò consente ai derivati ​​del chitosano di formare film fotolegati e strutture 3D di qualsiasi geometria sotto l'influenza della radiazione UV e laser e in presenza di un fotoiniziatore.

I film costituiti da derivati ​​del chitosano sono stati ottenuti utilizzando il metodo della fotopolimerizzazione:soluzioni polimeriche in acido acetico sono state poste su una plastica e irradiate con luce UV fino a quando non si sono solidificate. Per formare strutture 3D i ricercatori hanno utilizzato una tecnologia di stampa 3D chiamata stereolitografia laser. Gli scaffold 3D sono formati strato per strato secondo un modello computerizzato. Alle soluzioni di derivati ​​del chitosano è stato aggiunto un fotoiniziatore, e quindi la reazione di fotopolimerizzazione è stata avviata con un laser. Le strutture ottenute sono state prima congelate e poi essiccate in una camera a vuoto (questo metodo è chiamato liofilizzazione o liofilizzazione). Dopo di che, il materiale delle strutture è diventato poroso.

Nella fase finale della ricerca, il team ha impiantato le strutture formate nei ratti (sotto la pelle nella regione interscapolare). L'esperimento in vivo è durato 90 giorni, e nessuno degli impianti ha mostrato alcun segno di tossicità durante questo periodo. Ciò indica che gli scaffold sono biocompatibili. Gli scienziati hanno scoperto che le strutture impiantate hanno iniziato a biodegradarsi solo dopo 60 giorni dagli esperimenti. Il team intende imparare a gestire questo processo e creare impianti con la velocità di biodegradazione richiesta.

"Questo metodo di strutturazione del derivato del chitosano fornisce la creazione di strutture 3D con dimensioni fisiologicamente rilevanti. Possono essere utilizzati per guarire difetti tissutali di grandi dimensioni (più di 1 cm), "dice Ksenia Bardakova, coautore dell'opera, e un ricercatore associato junior presso il dipartimento di materiali biologici moderni, Istituto di Medicina Rigenerativa, Università Sechenov. "Avendo studiato la stabilità dei campioni in vivo, abbiamo dimostrato per la prima volta che le aree di degrado sono distribuite periodicamente, non caoticamente. Conferma l'ipotesi sul meccanismo di biodegradazione dei materiali a base di chitosano:si degradano per prime le aree amorfe meno ordinate del polimero. La comprensione di questo meccanismo ci aiuterà a formare strutture in cui il tasso di degradazione sarebbe paragonabile al tasso di ripristino del tessuto o dell'organo sostituito. L'impalcatura si degraderebbe nel preciso lasso di tempo necessario al tessuto danneggiato per ripristinare la sua integrità e le sue funzioni".

Il lavoro fa parte di un ciclo di ricerca sulla formazione di strutture 3-D da idrogel (con l'acqua come mezzo di dispersione in cui le particelle solide formano una griglia 3-D) a base di polisaccaridi naturali.