Loại vật liệu nhân tạo khi được cấy vào xương giúp các tế bào xương bám, tăng sinh và canxi hóa khôi phục phần xương khiếm khuyết là sản phẩm của các nhà khoa học Trường Đại học Quốc tế, Đại học Quốc gia TPHCM.

Dựa trên nguyên lý hình thành xương tự nhiên

Nhóm nghiên cứu Trường Đại học Quốc tế, Đại học Quốc gia TPHCM đã nghiên cứu và bước đầu thử nghiệm thành công một loại hydrogel có tiềm năng giúp bệnh nhân hình thành xương nhanh chóng và đồng đều hơn so với phương pháp trước đây.

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.

Việc cấy ghép các vật liệu này giống như việc lắp một viên đá vào khoảng trống trong nền nhà, nó có ưu điểm là cung cấp nền để xương phát triển, song, với những khe hở phức tạp thì giải pháp lại chưa xử lý triệt để được.

ThS Vũ Thanh Bình, Phòng Thí nghiệm Kỹ thuật mô và Y học tái tạo cho biết, mô xương tự nhiên của cơ thể có các thành phần polyme, là các bó sợi collagen và thành phần hydroxyapatite (canxi phosphat).

Các thành phần này tạo ra cấu trúc mô xương có khả năng chịu tải, thực hiện chức năng nâng đỡ, tạo ra khoang tủy... Từ cơ sở này, nhóm tạo ra polyme tự nhiên sử dụng từ nguyên liệu chitosan có trong vỏ tôm, cua cùng với vật liệu alginate có trong rong biển.

Chitosan và alginate được kết hợp với một polyme có trong dịch khớp là hyaluronic acid, giúp tăng khả năng đàn hồi, giảm tổn thương đầu khớp xương. Khung giá thể xương được tạo ra trong phòng thí nghiệm có cấu trúc gần giống mô xương tự nhiên nhất. Việc liên kết các nguyên liệu có thể sử dụng chất phụ gia.

Tuy nhiên phương pháp này có nhược điểm tồn dư các chất liên kết chéo ngoại sinh, có khả năng gây độc tế bào xương. Vì thế, nhóm nghiên cứu thực hiện phương pháp biến đổi cấu trúc các nguyên liệu bằng cách gắn thêm các nhóm chức năng, giúp chúng có khả năng tự liên kết mà không cần sử dụng phụ gia.

Từ vật liệu dạng gel, khung xương đông cứng tạo ra cấu trúc lỗ xốp giúp tế bào mô xương tự nhiên liên kết bám trên khung để tăng sinh. Khung xương nhân tạo này có khả năng phân hủy sinh học (biến mất sau khi tế bào xương người bám dính, phát triển).

Tế bào xương này có thể tiết ra chất nền để tạo khung xương của chính nó để lấp đầy phần xương bị khuyết. Dựa vào tính chất, vị trí mô xương bị khuyết, nhóm có thể điều chỉnh thời gian phân hủy sinh học sao cho tương đồng thời gian tế bào xương tiết ra và tạo ra khung xương. Thời gian này từ vài tháng đến cả năm.

Thử nghiệm thành công trên chuột

Nhóm đã thử nghiệm trên chuột bằng cách gây mê, khoan một vị trí ở nắp sọ để tạo khiếm khuyết xương và không làm tổn hại não của chúng. Sau đó tiến hành bơm gel vào khu vực chuột bị khuyết xương. Chuột khi tỉnh lại được theo dõi chỉ số sinh tồn như cân nặng, chế độ ăn uống, di chuyển... trong vòng một tháng.

Vì vật liệu dạng gel nên khi vào nắp sọ nó có thể làm đầy vị trí bị khiếm khuyết dù ở hình dạng nào. Trong thời gian ngắn, gel sẽ đóng rắn và bắt đầu quá trình tạo khung xương nhân tạo.

Sau một tháng, nhóm tiến hành làm chết nhân đạo chuột, phẫu thuật não để đánh giá khả năng tái tạo mô xương dựa trên khung xương nhân tạo bằng phương pháp nhuộm mô sinh học. Kết quả cho thấy tỷ lệ lấp đầy 80 - 90% vị trí khiếm khuyết trên nắp sọ chuột, khả năng tương thích sinh học cao.

Dù đã có những kết quả khả quan, PGS.TS Nguyễn Thị Hiệp, Trưởng khoa Kỹ thuật Y sinh, Trường Đại học Quốc tế 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.

Chẳng hạn, với vật liệu hydrogel để tái tạo xương, nhóm 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.