Nữ tiến sĩ nghiên cứu hydrogel tái tạo xương

PGS.TS Nguyễn Thị Hiệp (Đại học Quốc gia TPHCM) thử nghiệm thành công một loại hydrogel giúp bệnh nhân tái tạo xương nhanh chóng và đồng đều.

PGS.TS Nguyễn Thị Hiệp và các mẫu hydrogel với nồng độ alginate và chitosan khác nhau.

PGS.TS Nguyễn Thị Hiệp (Trường Đại học Quốc tế, Đại học Quốc gia TPHCM) và đồng nghiệp đã nghiên cứu và thử nghiệm thành công một loại hydrogel giúp bệnh nhân tái tạo xương nhanh chóng và đồng đều.

Xương tự tái tạo, giảm thời gian điều trị

Xương người được tạo nên từ các thành phần hữu cơ, chẳng hạn như protein (collagen) và pha khoáng vô cơ – những thành phần đem lại cho chúng có khả năng tái tạo đáng kể.

Tuy nhiên, khả năng này gặp rất nhiều hạn chế trong những trường hợp người bệnh bị mất một phần xương lớn, gặp phải các chấn thương nặng hoặc phải cắt bỏ khối u liên quan đến xương.

Cho đến nay, người ta thường sử dụng san hô, xương thu từ động vật (bò hay heo) hoặc xương hiến tặng ở các ngân hàng xương để tái tạo và chỉnh hình cho bệnh nhân.

PGS.TS Nguyễn Thị Hiệp, Trưởng khoa Kỹ thuật Y sinh, Đại học Quốc tế (Đại học Quốc gia TPHCM), cho biết, việc cấy ghép các vật liệu này cung cấp nền để xương phát triển, nhưng với khe hở phức tạp thì lại không giải quyết được.

Với kinh nghiệm nghiên cứu kỹ thuật y sinh nhiều năm, TS Hiệp nghĩ đến loại vật liệu có thể tiêm vào các vị trí tổn thương, từ đó len lỏi vào những khoảng trống trong xương và tăng hiệu quả điều trị cho người bệnh.

Chị và nhóm nghiên cứu tìm đến kỹ thuật mô xương – một lĩnh vực trong kỹ thuật y sinh, vật liệu sẽ tải được tế bào cũng như các phân tử sinh học có khả năng lôi cuốn tế bào đến đúng vị trí và hình thành nên xương nhanh hơn.

Các hydrogel có nguồn gốc tự nhiên (chẳng hạn như chitosan, alginate, axit hyaluronic) có nhiều điểm tương đồng với chất nền ngoại bào về cấu trúc và thành phần.

“Ngoài ra, hydrogel tự nhiên có tính tương hợp sinh học tốt, có khả năng phân hủy sinh học cũng như có các đặc tính vật lý để có thể chế tạo linh hoạt”, PGS.TS Hiệp nói thêm về lý do nhóm quyết định tập trung vào chế tạo hydrogel.

Khi tận dụng các nguồn nguyên liệu chitosan và alginate trong nước thay vì nhập khẩu của nước ngoài, nhóm của PGS.TS Hiệp gặp khó khăn là giới hạn về độ hòa tan và phân hủy của nguyên liệu chưa tốt…

Để giải quyết vấn đề, nhóm của chị đi sâu vào tối ưu hóa quy trình tổng hợp, nồng độ, mức độ biến đổi cấu trúc hóa học cũng như tỷ lệ phối trộn từng thành phần và gắn lên đó các nhóm chức aldehyde (-CHO) để bảo đảm các nguyên liệu có thể hòa tan.

Cụ thể, để chế tạo loại gel này, sau khi oxy hóa alginate, nhóm của PGS.TS Hiệp sẽ cho chitosan trải qua hai bước kiềm hóa và ête hóa thành N,O – carboxymethyl chitosan để tan được trong môi trường pH trung tính.

Sau đó, nhóm chức amino trong phân tử chitosan này sẽ tạo liên kết cộng hóa trị với nhóm chức aldehyde trong phân tử alginate được oxy hóa. Cuối cùng, với khả năng hòa tan tốt, -tricalcium phosphate sẽ được phối trộn với hydrogel tự liên kết chéo alginate và chitosan.

Phương pháp này dựa vào phản ứng cộng hóa trị tự liên kết chéo mà không cần bổ sung chất cố định, từ đó hạn chế độc tính của sản phẩm đối với tế bào và mô sống.

Thử nghiệm thành công trên chuột

Để thử nghiệm vật liệu mới, nhóm của PGS.TS Hiệp đã tiêm hydrogel với các nồng độ và hàm lượng thành phần khác nhau vào mô hình chuột khiếm khuyết vòm sọ.

Sau bốn tuần, kết quả cho thấy, những con chuột được cấy hydrogel đã hình thành các mô mới để che phủ các vị trí khiếm khuyết, trong khi sự tiến triển này không hề xuất hiện ở những con chuột đối chứng.

Điều thú vị là, một cấu trúc chất nền ngoại bào mới đã hình thành ngay bên dưới đa lớp tế bào và đã chữa lành đáng kể vị trí tổn thương ở những con chuột được cấy ghép hydrogel.

Dù đã có những kết quả khả quan, PGS.TS Hiệp cho biết, những thử nghiệm mà nhóm vừa thực hiện mới chỉ là một trong những bước khởi đầu cho một chuỗi nghiên cứu dài hơi mà chị và các đồng nghiệp đang theo đuổi.

Chẳng hạn, với vật liệu hydrogel để tái tạo xương, nhóm của PGS.TS Hiệp đang tiếp tục nghiên cứu để tương lai có thể cho ra đời các sản phẩm dùng để tiêm cho người loãng xương hay mất xương.

“Trong đó hydrogel sẽ không chỉ mang theo khoáng xương, mà còn đóng vai trò là “hệ tải” để vận chuyển các tế bào gốc và kiểm soát vị trí của chúng, từ đó tăng hiệu quả điều trị cho người bệnh”, PGS.TS Hiệp cho biết.