Российские инженеры разработали материал для замены мягких тканей

Инженеры Сеченовского университета с помощью 3D-печати получили из хитина панцирей крабов трехмерные биосовместимые структуры для различных биомедицинских задач, в том числе для замены поврежденных тканей организма

Новый метод получения структур нужной формы, который разработали инженеры Сеченовского университета, стал частью цикла исследований по формированию трехмерных структур из гидрогелей на основе природных полисахаридов. Как сообщили в пресс-службе вуза, исследования проходят совместно с биоинженерами из Института фотонных технологий РАН, Института синтетических полимерных материалов РАН и Ирландского национального университета в Голуэе при поддержке РНФ.

Ученые Первого МГМУ имени И.М. Сеченова с помощью 3D-печати создали биосовместимые структуры на основе хитина панцирей крабов. Если удалить из хитина химическим путем часть ацетильных групп СН3СО, можно получить хитозан — биополимер с уникальным набором биологических и физико-химических характеристик. Хитозан биосовместим, обладает противогрибковыми и антимикробными свойствами и в организме со временем разлагается на нетоксичные компоненты.

Классический способ получения хитозана из хитина требует обработки сырья агрессивными химическими реагентами и крайне неэффективен из-за небольшого выхода готового продукта и токсичности растворителей. Российские ученые разработали более экологичный способ модификации хитина — механохимический синтез. Этот же метод ученые использовали для синтеза на основе хитозана нескольких его производных с разным содержанием (от 5 до 50%) аллильных групп.

Суть метода заключается в тройном воздействии на твердую смесь: реагентами, давлением и сдвиговыми напряжениями. При этом полученный таким методом хитозан можно использовать в медицинских целях без дополнительной очистки от остатков токсичных веществ. А подобный метод синтеза производных хитозана дал им 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. 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, 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 разрушение имплантированных структур началось только после 60 дней эксперимента.

В дальнейшем исследователи рассчитывают научиться управлять этим процессом и создавать имплантаты с нужной скоростью биоразложения. Подробно новый метод и результаты его тестирования описаны авторами в статье From Aggregates to Porous Three-Dimensional Scaffolds through a Mechanochemical Approach to Design Photosensitive Chitosan Derivatives в журнале Marine Drugs.

На обложке: Трехмерный скаффолд
после лазерной стереолитографии (а) и после лиофильной сушки (b)
Источник фото: Ксения Бардакова

3D-печать
аддитивное производство
Биотехмед
Биотехнологии
вузы
Исследования
Медицина
Наука
Первый МГМУ им. И.М. Сеченова Источник