Учёные Первого МГМУ им. И.М.Сеченова с помощью 3D-печати создали биосовместимые структуры на основе хитина панцирей крабов. Метод позволяет получить структуры нужной формы для решения 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 несъедобные продукты. Лишь небольшая часть этих отходов перерабатывается, остальное уничтожается. Между тем морские ракообразные содержат большое количество хитина. При удалении из него химическим путем части ацетильных групп СН3СО получают хитозан — биополимер с уникальным набором биологических и физико-химических характеристик. Он биосовместим, то есть при имплантации не вызывает 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 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 применять в медицинских целях без дополнительной очистки от остатков токсичных веществ.
Этот же способ ученые использовали для синтеза на основе хитозана нескольких его производных с разным содержанием (от 5 до 50%) аллильных групп. Благодаря этим группам 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, а для формирования трехмерных структур исследователи применили лазерную стереолитографию, одну из технологий 3D-печати.
Финальной частью исследования стала имплантация сформированных структур белым крысам. Имплантаты помещали под кожу в межлопаточную область. Эксперимент in vivo продолжался 90 суток, и за это время имплантаты не проявили признаков токсичности. Разрушение имплантированных структур началось только после 60 дней эксперимента. В дальнейшем исследователи рассчитывают научиться создавать имплантаты с нужной скоростью биоразложения.
Работа входит в цикл исследований, которые ученые Сеченовского университета проводят совместно с коллегами из Института фотонных технологий РАН, Института синтетических полимерных материалов РАН и Ирландского национального университета в Голуэе при поддержке РНФ. В работе участвовали также исследователи Института химической физики РАН и Байкальского института природопользования Сибирского отделения РАН.
Наталия Гладкова
Уже давно существует косметика с хитозаном. А вот в медицине о применении хитина я не знала. Действительно хитин является уникальным биологическим продуктом, который нужно изучать глубже. Возможно хитин-это будущее пластической хирургии и трансплантологии.
Сегодня ведется разработка новых методов местного лечения ран и ожогов с использованием полимерных покрытий — это одно из быстро развивающихся направлений биомедицины. Для обеспечения надежного лечебного эффекта покрытия должны удовлетворять ряду специальных требований, которые включают минимальную травматизацию раневой поверхности при наложении и снятии повязки, они должны впитывать жидкость, которая накапливается на поверхности раны, защищать от заражения извне. Покрытия на основе хитиновых соединений занимают особое место в этом списке, а первые попытки использования хитинов и хитозанов для заживления ран, в том числе ожоговых, были описаны еще в середине 1970-х гг. Дело в том, что эти соединения помимо всех перечисленных свойств имеют некоторые особо ценные качества. Например, доказано, что хитозан обладает антимикробной активностью, способен поглощать биологические жидкости, помогает тканям регенерироваться (восстанавливаться)