Ученые улучшили свойства хитозановых прозрачных гидрогелей

Многофункциональные гидрогели, сочетающие в себе такие характеристики, как прозрачность, повышенная механическая стабильность, отсутствие дополнительного набухания и биосовместимость, дают уникальную возможность решать сложные задачи в различных биомедицинских областях: тканевой инженерии, заживлении ран, биоэлектронике, биосенсорике и других. Особое предпочтение специалисты отдают природным материалам, которые не вредят живым клеткам и не образуют токсичных продуктов при распаде.

Один из таких материалов — хитозан, продукт деацетилирования хитина, широко распространенного на Земле полимера. Он, например, входит в состав клеточных стенок грибов и некоторых бактерий, а также экзоскелета членистоногих. Хитозановые гидрогели обычно получают путем сшивания раствора хитозана химически или физически. Химическая сшивка представляет собой универсальный метод создания прозрачных гелей всех форм и размеров с нужными механическими характеристиками. Однако такой подход может значительно снизить ценные свойства хитозана, в том числе биологическую активность. Этого можно избежать, используя физическую сшивку, которая не требует токсичных реагентов, но в результате получаются непрозрачные изделия с низкой механической стабильностью. Это связано с макропористой структурой и неравномерным распределением полимера.

Исследователи из Института биоорганической химии имени академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН, ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН, Первого МГМУ имени И.М. Сеченова и Морозовской детской городской клинической больницы предложили подход, который позволяет получить нановолокнистые гидрогели с высокой прозрачностью и повышенной механической прочностью. Он заключается в том, что гелеобразование хитозана происходит в водно-спиртовых растворах соляной кислоты на холоде.

Варьируя температуру (от 5 до -25°С), начальное содержание хитозана (от 0,5 до 2,0%) и этанола (от 28,5 до 47,5%), можно тонко настроить свойства образцов. Размер гелевых конструкций ограничен только размерами формы и камеры охлаждения.

Авторы показали, что их способ применим для изготовления образцов методом литья и 3D-печати. Таким образом они получили конструкции простой и сложной формы, например, ушную раковину и спиралевидные изделия. Эксперименты in vitro и in vivo продемонстрировали отсутствие заметной цитотоксичности.

В целом исследование показывает, что новые гидрогели являются перспективными кандидатами для различных приложений и могут быть рекомендованы для использования в биомедицине.