Un equipo de científicos de la Primera Universidad Médica Estatal de Moscú de Sechenov utilizó la impresión 3-D para crear estructuras biocompatibles sobre la base de quitina obtenida de conchas de cangrejo. Este método ayudará a desarrollar estructuras con formas determinadas para fines biomédicos, incluido el reemplazo de tejidos blandos dañados en el cuerpo humano. El artículo fue publicado en Drogas marinas .

Las conchas y otros subproductos representan del 50 al 70 por ciento del peso de todos los cangrejos capturados en el mundo. Como una regla, están destruidos, lo que requiere una inversión adicional. Solo se procesa una pequeña parte. Sin embargo, los cuerpos de los crustáceos marinos contienen mucha quitina. Este polisacárido está muy extendido en la naturaleza, por ejemplo, los exoesqueletos de insectos están hechos de él. Al eliminar ciertos grupos acetilo de la quitina, los investigadores pueden obtener quitosano, un biopolímero con un conjunto único de biológicos, físico, y propiedades químicas. Es biocompatible, es decir, no causa inflamación o respuesta inmune cuando se implanta en el cuerpo. También tiene propiedades antimicóticas y antimicrobianas y se descompone gradualmente en el cuerpo sin dejar ningún componente tóxico. Es por eso que el quitosano y sus derivados son prometedores para la medicina. Sobre esta base, Se pueden crear nuevos tipos de estructuras biocompatibles para restaurar tejidos o portadores dañados para la administración dirigida de medicamentos.

La forma tradicional de obtener quitosano a partir de la quitina requiere tratar la materia prima con reactivos químicos agresivos como soluciones alcalinas concentradas. Debido a la pequeña cantidad de quitosano producido y la toxicidad de las soluciones, estos métodos no se pueden utilizar a escala industrial. Los autores del artículo sugieren un método de modificación de la quitina más ecológico:la síntesis mecanoquímica. El método incluye tres tipos de tratamiento de una mezcla sólida:con reactivos, presión y esfuerzo cortante. Requiere menos álcali que la síntesis química tradicional, y sin disolventes, catalizadores, o se requieren iniciadores de proceso. El quitosano obtenido de este modo se puede utilizar con fines médicos sin purificación y eliminación de sustancias tóxicas residuales.

Los científicos utilizaron el mismo método para sintetizar varios derivados del quitosano con diferente contenido de grupos alílicos (del 5 al 50 por ciento). En el curso de tal modificación, grupos alílicos (derivados de propileno, sustituyentes orgánicos con un doble enlace entre átomos de carbono) se añaden a la estructura del quitosano. Esto permite que los derivados del quitosano formen películas foto-unidas y estructuras tridimensionales de cualquier geometría bajo la influencia de radiación UV y láser y en presencia de un fotoiniciador.

Las películas de derivados de quitosano se obtuvieron mediante el método de fotopolimerización, se colocaron soluciones de polímero en ácido acético sobre un plástico y se irradiaron con luz ultravioleta hasta que solidificaron. Para formar estructuras tridimensionales, los investigadores utilizaron una tecnología de impresión tridimensional llamada estereolitografía láser. Los andamios 3-D se forman capa por capa de acuerdo con un modelo de computadora. Se agregó un fotoiniciador a las soluciones de derivados de quitosano, y luego se inició la reacción de fotopolimerización con un láser. Las estructuras obtenidas se congelaron primero y luego se secaron en una cámara de vacío (este método se llama liofilización o liofilización). Después, el material de las estructuras se volvió poroso.

En la etapa final de la investigación, el equipo implantó las estructuras formadas en ratas (debajo de la piel en la región interescapular). El experimento in vivo duró 90 días, y ninguno de los implantes mostró signos de toxicidad durante este tiempo. Esto indica que los andamios son biocompatibles. Los científicos encontraron que las estructuras implantadas comenzaron a biodegradarse solo después de 60 días de los experimentos. El equipo planea aprender a gestionar este proceso y crear implantes con la velocidad de biodegradación requerida.

"Este método de estructuración de derivados de quitosano proporciona la creación de estructuras tridimensionales con tamaños fisiológicamente relevantes. Se pueden utilizar para curar defectos tisulares grandes (más de 1 cm), "dice Ksenia Bardakova, un coautor del trabajo, y un asociado de investigación junior en el departamento de materiales biológicos modernos, Instituto de Medicina Regenerativa, Universidad Sechenov. "Habiendo estudiado la estabilidad de las muestras in vivo, demostramos por primera vez que las áreas de degradación se distribuyen periódicamente, no caóticamente. Confirma la hipótesis sobre el mecanismo de biodegradación de los materiales a base de quitosano:las áreas amorfas menos ordenadas del polímero se degradan primero. La comprensión de este mecanismo nos ayudará a formar estructuras en las que la tasa de degradación sea comparable a la tasa de restauración del tejido u órgano reemplazado. El andamio se degradaría en la cantidad precisa de tiempo que requiere el tejido dañado para restaurar su integridad y funciones ".

El trabajo es parte de un ciclo de investigación sobre la formación de estructuras 3-D a partir de hidrogeles (con agua como medio de dispersión en el que las partículas sólidas forman una rejilla 3-D) a base de polisacáridos naturales.