Vật liệu nano giúp tái tạo xương

Các hạt nanosicicat nhúng trong chất hydrogel collagen tạo nên một vật liệu giúp kích thích tạo xương trong cơ thể.

Một loại vật liệu mới có thể kích hoạt các tế bào gốc tái tạo xương, giúp điều trị hiệu quả các trường hợp gãy xương và khiếm khuyết khó chữa lành, đó là kết quả của một công trình nghiên cứu vật liệu y sinh do nhóm nghiên cứu thuộc Đại học Texas A&M thực hiện. Đây là công trình nghiên cứu do Quỹ Khoa học Quốc gia và Viện Y học quốc gia Hoa Kỳ tài trợ, đã được công bố trên tạp chí khoa học ACS Nano. Kết quả nghiên cứu có tiềm năng làm thay đổi phương pháp trị liệu các ca gẫy xương khó hồi phục và thường yêu cầu phải ghép xương.

Theo Akhilesh Gaharwar, phó giáo sư kỹ thuật y sinh tại Đại học Texas A & M cho biết, thông thường các vật liệu sinh học có chứa các hạt nano hai chiều được nhúng trong một chất gel, kích thích sự phát triển xương thông qua một cơ chế truyền tín hiệu phức tạp không sử dụng protein được gọi là yếu tố tăng trưởng. Các yếu tố tăng trưởng này được sử dụng trong phương pháp điều trị thông thường, nhưng có thể dẫn đến những tác dụng phụ nghiêm trọng do cần có một lượng lớn để kích thích các tế bào.

Để khắc phục những vấn đề này các nhà nghiên cứu đã cố gắng tránh việc sử dụng các yếu tố tăng trưởng bằng cách mô phỏng quá trình tái tạo xương tự nhiên. Trong loại vật liệu mới này, các nhà nghiên cứu đã thực hiện một chiến lược hoàn toàn khác bằng việc sử dụng các khoáng chất để kích thích sự biệt hóa trong các tế bào gốc và thúc đẩy hình thành mô xương.

Những khoáng chất này chủ yếu là axit orthosilicic, magiê và lithi kết hợp thành các hạt nanosilicat có kích thước rất nhỏ, mỏng hơn giấy đến 100.000 lần. Các hạt nano siêu mỏng này được nhúng vào trong tổ hợp hydrogel collagen, một chất gel có khả năng phân hủy sinh học được sử dụng trong nhiều ứng dụng y sinh do có khả năng tương thích với cơ thể.

Khi các hạt nanosilicat được đưa vào một ma trận gelatin, một số tính chất vật lý, hóa học và sinh học của hydrogel được tăng cường. Ví dụ như bằng cách điều khiển sự tương tác giữa các hạt nanosilicat và gelatin, các nhà nghiên cứu có thể thiết kế để chất hydrogel này lưu lại tại vị trí vết thương trong một khoảng thời gian nhất định. Khả năng điều chỉnh này có thể cho phép đưa hydrogel vào chỗ hốc xương bị gãy và giúp cho nó lành lại, chất hydrogel sẽ phân rã từ từ đến khi nó được thay thế bằng mô tự nhiên.

Ngoài khả năng có thể bơm vào chỗ xương gãy, vật liệu này còn có độ cứng tăng lên gấp ba đến bốn lần một khi đã vào bên trong cơ thể, điều đó cho phép giữ nó tại chỗ và ngăn không cho vật liệu từ chảy lan đến các bộ phận khác của cơ thể, do đó tránh được các tác dụng phụ không mong muốn, theo nhóm nghiên cứu cho biết.

Kết quả thử nghiệm cho thấy cả hai chỉ số tăng trưởng xương ngắn hạn và dài hạn đều rất khả quan, hoạt tính alkaline phosphatase tăng gấp ba lần, đây là dấu hiệu ban đầu về sự tạo xương (osteogenesis). Điều này xác nhận rằng quá trình truyền tín hiệu đã thực sự "yêu cầu" các tế bào gốc biệt hóa thành các tế bào xương. Các dấu hiệu về sau cũng khả quan, cho thấy sự  hiện diện của canxi photphat - thành phần chính của xương đã tăng gấp bốn lần.

Kết quả nghiên cứu cho thấy các hợp chất gel nano composite có chức năng hoạt tính sinh học cao, có triển vọng đầy hứa hẹn trong các ứng dụng kỹ thuật mô xương. Các nhà nghiên cứu dự đoán rằng các hạt có chức năng sinh học cao này có tiềm năng to lớn trong các ứng dụng y sinh.

Theo Vista.gov.vn