Uma equipe de cientistas da Sechenov First Moscow State Medical University usou a impressão 3-D para criar estruturas biocompatíveis com base na quitina obtida de cascas de caranguejos. Este método ajudará a desenvolver estruturas com determinados formatos para fins biomédicos, incluindo a substituição de tecidos moles danificados no corpo humano. O artigo foi publicado em Drogas Marinhas .

Conchas e outros subprodutos respondem por 50% a 70% do peso de todos os caranguejos capturados no mundo. Como uma regra, eles são destruídos, o que requer um investimento adicional. Apenas uma pequena parte é processada. Contudo, os corpos dos crustáceos marinhos contêm uma grande quantidade de quitina. Este polissacarídeo é amplamente difundido na natureza, por exemplo, os exoesqueletos de insetos são feitos disso. Ao remover certos grupos acetil da quitina, pesquisadores podem obter quitosana, um biopolímero com um conjunto único de componentes biológicos, fisica, e propriedades químicas. É biocompatível, ou seja, não causa inflamação ou resposta imune quando implantado no corpo. Ele também tem propriedades antifúngicas e antimicrobianas e se decompõe gradualmente no corpo sem deixar nenhum componente tóxico. É por isso que a quitosana e seus derivados são promissores para a medicina. Nesta base, novos tipos de estruturas biocompatíveis podem ser criados para restaurar tecidos danificados ou transportadores para a distribuição direcionada de medicamentos.

A forma tradicional de obter quitosana a partir da quitina requer o tratamento da matéria-prima com reagentes químicos agressivos, como soluções alcalinas concentradas. Devido à pequena quantidade de quitosana produzida e à toxicidade das soluções, esses métodos não podem ser usados ​​em escala industrial. Os autores do artigo sugerem um método mais ecológico de modificação da quitina - síntese mecanoquímica. O método inclui três tipos de tratamento de uma mistura sólida:com reagentes, pressão e tensão de cisalhamento. Requer menos álcali do que a síntese química tradicional, e sem solventes, catalisadores, ou iniciadores de processo são necessários. A quitosana assim obtida pode ser usada para fins médicos sem purificação e remoção de substâncias tóxicas residuais.

Os cientistas usaram o mesmo método para sintetizar vários derivados de quitosana com diferentes conteúdos de grupos alílicos (de 5% a 50%). No decurso de tal modificação, grupos alílicos (derivados de propileno, substituintes orgânicos com uma ligação dupla entre átomos de carbono) são adicionados à estrutura do quitosano. Isso permite que os derivados de quitosana formem filmes fotolimitados e estruturas 3-D de qualquer geometria sob a influência da radiação ultravioleta e do laser e na presença de um fotoiniciador.

Os filmes feitos de derivados de quitosana foram obtidos pelo método de fotopolimerização - soluções poliméricas em ácido acético foram colocadas sobre um plástico e irradiadas com luz ultravioleta até solidificarem. Para formar estruturas 3-D, os pesquisadores usaram uma tecnologia de impressão 3-D chamada estereolitografia a laser. Os andaimes 3-D são formados camada por camada de acordo com um modelo de computador. Um fotoiniciador foi adicionado às soluções de derivados de quitosana, e então a reação de fotopolimerização foi iniciada com um laser. As estruturas obtidas foram primeiro congeladas e depois secas em câmara de vácuo (este método é denominado liofilização ou liofilização). Depois disso, o material das estruturas tornou-se poroso.

Na fase final da pesquisa, a equipe implantou as estruturas formadas em ratos (sob a pele na região interescapular). O experimento in vivo durou 90 dias, e nenhum dos implantes mostrou qualquer sinal de toxicidade durante este tempo. Isso indica que os andaimes são biocompatíveis. Os cientistas descobriram que as estruturas implantadas começaram a se biodegradar somente após 60 dias dos experimentos. A equipe planeja aprender como gerenciar esse processo e criar implantes com a velocidade de biodegradação necessária.

"Este método de estruturação de derivados de quitosana fornece a criação de estruturas 3-D com tamanhos fisiologicamente relevantes. Eles podem ser usados ​​para curar grandes defeitos de tecido (mais de 1 cm), "diz Ksenia Bardakova, um co-autor do trabalho, e um associado júnior de pesquisa no departamento de materiais biológicos modernos, Instituto de Medicina Regenerativa, Sechenov University. "Tendo estudado a estabilidade das amostras in vivo, demonstramos pela primeira vez que as áreas de degradação são distribuídas periodicamente, não caoticamente. Isso confirma a hipótese sobre o mecanismo de biodegradação de materiais à base de quitosana:As áreas amorfas menos ordenadas do polímero degradam-se primeiro. A compreensão desse mecanismo nos ajudará a formar estruturas nas quais a taxa de degradação seja comparável à taxa de restauração do tecido ou órgão substituído. O andaime se degradaria na quantidade exata de tempo necessária para o tecido danificado restaurar sua integridade e funções. "

O trabalho faz parte de um ciclo de pesquisa sobre a formação de estruturas 3-D a partir de hidrogéis (tendo a água como meio de dispersão no qual as partículas sólidas formam uma grade 3-D) a partir de polissacarídeos naturais.