Nhóm nghiên cứu tại Trung tâm Y tế thuộc trường Đại học Connecticut đã thiết kế được một hệ thống hydrogel hybrid mới giúp giải quyết một số thách thức trong việc phục hồi xương bị tổn thương. Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên Tạp chí Biomedical Materials Research-Part B.
Bộ xương người trưởng thành bao gồm 200 xương, dài từ vài milimét đến hơn 30cm. Cách xương hình thành và lành lại sau tổn thương, đặt ra thách thức cho các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực y học tái tạo. Hai quá trình liên quan đến sự phát triển của xương người giúp tất cả các loại xương trong cơ thể hình thành và phát triển, bao gồm quá trình tạo xương trong nội màng (IO) và cốt hóa nội sụn (EO). Dù cả hai quá trình này đều quan trọng, nhưng IO là quá trình chịu trách nhiệm tạo thành xương phẳng và EO là quá trình tạo nên xương dài như xương sống và xương cánh tay.
Trong hai quá trình này cần có các tế bào gốc trung mô để kích thích sự phát triển của xương mới. Dù giống nhau, nhưng quá trình IO rất dễ mô phỏng trong phòng thí nghiệm vì các tế bào gốc trung mô có thể trực tiếp chuyển đổi thành các tế bào tạo xương mà không cần các bước bổ sung. Tuy nhiên, sự đơn giản này lại có những hạn chế nhất định. Để giải quyết vấn đề liên quan đến quá trình IO, nhóm nghiên cứu đã phát triển chất nền ngoại bào sử dụng hydrogel để định hướng và hỗ trợ sự hình thành của xương thông qua quá trình EO.
Syam Nukavarapu, Phó giáo sư phẫu thuật chỉnh hình cho biết: “Cho đến nay, rất ít nghiên cứu tập trung thiết kế chất nền cho quá trình cốt hóa nội sụn để tái tạo và phục hồi xương dài. Bằng cách kết hợp phát triển hydrogel hybrid, chúng tôi có thể tạo nên chất nền ngoại bào hỗ trợ sự hình thành của mẫu sụn”.
Trong khi tính đơn giản của quá trình IO là hạn chế, thì lợi ích của EO lại mang đến sự cân bằng. EO đòi hỏi sự phối hợp theo không gian và thời gian của các yếu tố khác nhau như các tế bào, yếu tố tăng trưởng và chất nền ngoại bào hoặc khung trên đó các tế bào gốc trung mô gắn kết, phát triển và biệt hóa.
Để tạo sự cân bằng, nhóm nghiên cứu đã kết hợp 2 chất: fibrin và hyaluronan để kích thích tái tạo mô và tạo nên chất ngoại bào có tác dụng hình thành xương dài. Gel fibrin mô phỏng tế bào gốc trung mô ở người và thúc đẩy sự kết hợp giữa các tế bào, đòi hỏi phải có sự biệt hóa tế bào gốc trung mô thành tế bào tạo sụn. Hyaluronan là loại polymer sinh học tự nhiên, mô phỏng các giai đoạn sau của quá trình, qua đó, các tế bào tạo sụn biệt hóa sinh trưởng và phát triển.
Theo dự báo, các mẫu sụn chứa tế bào sụn phì đại sẽ giải phóng các yếu tố tạo thành xương và mạch, cũng như sẽ thúc đẩy sự phát triển của xương. PGS. Nukavarapu cho rằng sử dụng chất nền của mẫu sụn sẽ dẫn đến khả năng phát triển các chiến lược phục hồi xương mới không liên quan đến các yếu tố tăng trưởng gây hại.
Nhóm nghiên cứu dự kiến sẽ kết hợp chất ngoại bào hybrid có khung chịu lực để phát triển các mẫu sụn phù hợp phục vụ việc điều chỉnh khiếm khuyến xương dài. Các nhà nghiên cứu hy vọng đây là bước tiến đầu tiên hướng tới cho ra đời những mẫu sụn phì đại với các thành phần phù hợp để kích thích sự hình thành của mô xương, tạo mạch, sửa đổi và cuối cùng thiết lập chức năng của tủy xương để sửa chữa các khiếm khuyết của xương dài nhờ có quá trình EO.
N.P.D (NASATI), theo https://scitechdaily.com/bioengineers-develop-hybrid-hydrogel-system-to-help-heal-bones/