Une équipe de scientifiques de la première université médicale d'État Sechenov de Moscou a utilisé l'impression 3D pour créer des structures biocompatibles à partir de chitine obtenue à partir de carapaces de crabe. Cette méthode permettra de développer des structures de formes données à des fins biomédicales, y compris le remplacement des tissus mous endommagés dans le corps humain. L'article a été publié dans Médicaments marins .

Les coquillages et autres sous-produits représentent 50 à 70 pour cent du poids de tous les crabes pêchés dans le monde. Comme règle, ils sont détruits, ce qui nécessite des investissements supplémentaires. Seule une petite partie est traitée. Cependant, les corps des crustacés marins contiennent beaucoup de chitine. Ce polysaccharide est répandu dans la nature, par exemple, les exosquelettes des insectes en sont faits. En éliminant certains groupes acétyle de la chitine, les chercheurs peuvent obtenir du chitosane, un biopolymère avec un ensemble unique de bio, physique, et propriétés chimiques. Il est biocompatible, c'est-à-dire qu'il ne provoque pas d'inflammation ou de réponse immunitaire lorsqu'il est implanté dans le corps. Il possède également des propriétés antifongiques et antimicrobiennes et se décompose progressivement dans le corps sans laisser de composants toxiques. C'est pourquoi le chitosane et ses dérivés sont prometteurs pour la médecine. Sur cette base, de nouveaux types de structures biocompatibles peuvent être créés pour restaurer les tissus endommagés ou les porteurs pour une administration ciblée de médicaments.

La manière traditionnelle d'obtenir du chitosane à partir de la chitine nécessite de traiter la matière première avec des réactifs chimiques agressifs tels que des solutions alcalines concentrées. En raison de la faible quantité de chitosane produit et de la toxicité des solutions, ces méthodes ne peuvent pas être utilisées à l'échelle industrielle. Les auteurs de l'article suggèrent une méthode plus écologique de modification de la chitine :la synthèse mécanochimique. Le procédé comprend trois types de traitement d'un mélange solide :avec des réactifs, contrainte de pression et de cisaillement. Il nécessite moins d'alcali que la synthèse chimique traditionnelle, et pas de solvants, catalyseurs, ou des initiateurs de processus sont nécessaires. Le chitosane ainsi obtenu peut être utilisé à des fins médicales sans purification ni élimination des substances toxiques résiduelles.

Les scientifiques ont utilisé la même méthode pour synthétiser un certain nombre de dérivés du chitosane avec différentes teneurs en groupes allyliques (de 5 à 50 pour cent). Au cours d'une telle modification, groupes allyliques (dérivés du propylène, substituants organiques avec une double liaison entre les atomes de carbone) sont ajoutés à la structure du chitosane. Cela permet aux dérivés de chitosane de former des films photo-liés et des structures 3-D de n'importe quelle géométrie sous l'influence du rayonnement UV et laser et en présence d'un photoinitiateur.

Les films constitués de dérivés de chitosane ont été obtenus en utilisant la méthode de photopolymérisation - des solutions de polymères dans l'acide acétique ont été placées sur un plastique et irradiées avec de la lumière UV jusqu'à ce qu'elles se solidifient. Pour former des structures 3D, les chercheurs ont utilisé une technologie d'impression 3D appelée stéréolithographie laser. Les échafaudages 3D sont formés couche par couche selon un modèle informatique. Un photoinitiateur a été ajouté aux solutions de dérivés de chitosane, puis la réaction de photopolymérisation a été initiée avec un laser. Les structures obtenues ont d'abord été congelées puis séchées dans une chambre à vide (cette méthode est appelée lyophilisation ou lyophilisation). Après ça, le matériau des structures est devenu poreux.

Au stade final de la recherche, l'équipe a implanté les structures formées chez le rat (sous la peau dans la région interscapulaire). L'expérience in vivo a duré 90 jours, et aucun des implants n'a montré de signes de toxicité pendant cette période. Cela indique que les échafaudages sont biocompatibles. Les scientifiques ont découvert que les structures implantées n'ont commencé à se biodégrader qu'après 60 jours d'expériences. L'équipe prévoit d'apprendre à gérer ce processus et à créer des implants avec la vitesse de biodégradation requise.

"Cette méthode de structuration de dérivés de chitosane permet la création de structures 3D avec des tailles physiologiquement pertinentes. Elles peuvent être utilisées pour guérir de grands défauts tissulaires (plus de 1 cm), " dit Ksenia Bardakova, un co-auteur de l'ouvrage, et un associé de recherche junior au département des matériaux biologiques modernes, Institut de médecine régénérative, Université Sechenov. "Après avoir étudié la stabilité des échantillons in vivo, nous avons démontré pour la première fois que les zones de dégradation sont réparties périodiquement, pas de manière chaotique. Il confirme l'hypothèse concernant le mécanisme de biodégradation des matériaux à base de chitosane :les zones amorphes les moins ordonnées du polymère se dégradent en premier. La compréhension de ce mécanisme nous aidera à former des structures dans lesquelles le taux de dégradation serait comparable au taux de restauration du tissu ou de l'organe remplacé. L'échafaudage se dégraderait dans le laps de temps précis requis par le tissu endommagé pour restaurer son intégrité et ses fonctions."

Le travail s'inscrit dans un cycle de recherche sur la formation de structures 3D à partir d'hydrogels (avec de l'eau comme milieu de dispersion dans lequel des particules solides forment une grille 3D) à base de polysaccharides naturels.