Bước tiến dài tới sụn nhân tạo

Những sợi dệt lẫn tí hon tạo thành “khung” vải ba chiều tích hợp hydrogel đàn hồi bền chắc và được cấy tế bào gốc, hình thành bộ khung cho sụn phát triển. Hình ảnh trên trang bìa tạp chí Advanced Functional Materials ngày 17/12/2013. (Credit: Photo courtesy of Frank Moutos and Farshid Guilak)

Kết hợp hai công nghệ tiên tiến, nhóm nghiên cứu đã tìm ra cách tạo nên mô thay thế nhân tạo giống hệt sụn tự nhiên cả về sức mạnh và độ mềm dẻo.

Sụn khớp là lớp mô bao bọc các đầu xương gặp nhau trong các khớp của cơ thể – bao gồm khớp gối, vai và háng. Sụn khớp có thể bị mòn dần theo thời gian hoặc bị tổn thương do thương tích hay sử dụng quá mức, gây đau và hạn chế vận động. Tuy thay thế mô sụn có thể làm giảm bệnh cho hàng triệu người mắc bệnh khớp, song việc bắt chước các đặc tính của sụn tự nhiên – bền vững và chịu tải mà vẫn trơn nhẵn giảm xóc tốt – đã tỏ ra là một thách thức lớn.

Năm 2007 Farshid Guilak và cộng sự đã phát triển được một loại “giá đỡ” vải 3 chiều mà trong đó tế bào gốc có thể được tiêm vào và phát triển thành công thành mô sụn khớp. có cấu trúc là những sợi dệt rất nhỏ, 7 lớp của giá đỡ có độ dày chỉ bằng một sợi tóc. Sản phẩm cuối cùng có độ dày khoảng 1mm.

Kể từ đó, khó khăn nằm ở việc phát triển một môi trường thích hợp để lấp đầy các khoảng trống của giá đỡ này – một thứ có thể chịu được sức ép, bôi trơn bề mặt và hỗ trợ sự phát triển của các tế bào trên giá đỡ. Những vật liệu đủ mềm dẻo giống với sụn tự nhiên thì lại quá ướt và quá yếu để chịu tải trọng. Còn những chất bền vững hơn thì lại không đủ trơn nhẵn và đàn hồi.

Tuy nhiên, khó khăn này có vẻ đã được nhóm nghiên cứu của Xuanhe Zhao khắc phục được. Zhao đã đề xuất một giả thuyết về thiết kế hydrogel bền vững (gel polymer nước) và vào năm 2012 đã hợp tác với nhóm nghiên cứu từ Đại học Harvard để phát triển một loại hydrogel chắc khỏe mà lại rất mềm mại.

“Nó cực kỳ dai, đàn hồi, tạo hình tốt, và có tính bôi trơn cao”, Zhao nói. “Nó có tất những đặc tính cơ học của sụn tự nhiên, có thể chịu được mài mòn và giằng kéo mà không bị gãy”.

Zhao và Guilak đã bắt đầu hợp tác với nhau để tích hợp hydrogel vào bộ khung vải dệt 3D trong một quá trình mà Zhao mô tả là giống như đổ bê tông lên cốt thép.

Trong thí nghiệm, các nhà nghiên cứu đã so sánh vật liệu composit với những phối hợp kahcs nhau giữa giá đỡ của Guilak nhúng trong hydrogel. Thí nghiệm cho thấy phát minh của Zhao bền chắc hơn những loại vật liệu khác với hệ số ma sát thấp hơn, và nó dễ dàng cho kết quả vượt trội tất cả các loại vật liệu thay thế đã biết khác, bao gồm cả chính hydrogel và giá đỡ nếu dùng riêng rẽ.

“Nhìn từ quan điểm cơ học, công nghệ này khắc phục được những vấn đề mà các loại sụn tổng hợp khác từng gặp phải”, Zhao nói. “Nó là ứng cử viên rất có triển vọng cho sụn khớp nhân tạo trong tương lai”.

Bước tiếp theo của nhóm nghiên cứu sẽ là cấy những mảnh sụn nhân tạo nhỏ vào động vật thí nghiệm.

Kết quả nghiên cứu được đăng trên tạp chí Advanced Functional Materials ngày 17/12/2013.

Cẩm Tú

Theo ScienceDaily