Đột phá mới của y học: Sử dụng sợi ngó sen trong tái tạo xương người
(Thị trường tài chính) -So với vật liệu kim loại truyền thống, giá đỡ từ sợi sen có độ tương thích sinh học lên đến 90% với mô xương người.
Theo thông tin từ trang web chính thức của Đại học Bách khoa Vũ Hán (Wuhan Polytechnic University), một nhóm nghiên cứu thuộc Khoa Khoa học và Kỹ thuật Thực phẩm của trường đã đạt được bước đột phá trong ứng dụng y tế bằng cách sử dụng chiết xuất từ sợi ngó sen.
Bà Giang Tuyết Ngọc (Jiang Xueyu), nhà nghiên cứu chính, cho biết ngó sen chứa hàm lượng chất xơ lớn. Dựa trên tính chất này, nhóm đã phát triển một phương pháp mới, kết hợp chiết xuất từ sợi ngó sen với công nghệ in 3D để tạo phần khung xương, giúp cố định vùng xương gãy trong cơ thể. Nhờ đó, các tế bào có thể phát triển dọc theo sợi ngó sen, thúc đẩy quá trình tái tạo mô xương.
Các nghiên cứu chỉ ra rằng sen giàu cellulose và polyphenol, có đặc tính kháng viêm và chống oxy hóa tự nhiên. Cấu trúc sợi xốp của sen có nhiều điểm tương đồng với mô xương con người, tuy nhiên, bột sen thông thường lại có độ cứng không đủ cao. Mặt cắt ngang của sen gồm 7-9 khoang rỗng, với cấu trúc phân nhánh tương tự như mạch máu và phế nang. Đặc biệt, cellulose xoắn trong bó mạch có thể kéo giãn tới 20% mà không đứt gãy, giúp mô phỏng đặc tính cơ học của mạch máu. Chính những đặc điểm này đã truyền cảm hứng cho nhóm nghiên cứu đặt ra câu hỏi: nếu sử dụng sợi sen để chế tạo giá đỡ xương, liệu có thể tạo ra một bộ khung sinh học giúp phục hồi xương hiệu quả?
Nghiên cứu được khởi động từ năm 2015 với mục tiêu tìm hiểu về bột sen toàn phần, đến năm 2022, nhóm chính thức chuyển hướng sang lĩnh vực y sinh. Trong phòng thí nghiệm, họ đã sử dụng phổ hồng ngoại để phân tích và phát hiện cấu trúc cellulose tinh thể I của sen có tính năng cơ học vượt trội. Kiểm tra lưu biến học cho thấy dịch sen có độ nhớt giảm dần theo tốc độ cắt, phù hợp với công nghệ in 3D. Thí nghiệm nuôi cấy tế bào cũng xác nhận rằng đa đường trong sợi sen có thể kích hoạt tín hiệu Wnt/β-catenin, đẩy mạnh quá trình biệt hóa tế bào tạo xương.
Từ ngó sen, nhóm nghiên cứu đã chiết xuất các thành phần giàu polysaccharide và polyphenol, sau đó điều chỉnh nhiệt độ và áp suất để tăng mật độ kết tinh, tạo ra vật liệu giá đỡ có độ bền cơ học cao. Giá đỡ này được chế tạo bằng công nghệ in 3D theo yêu cầu. Nhóm đã sử dụng máy in sinh học có độ chính xác cao để tạo dựng mô hình xương bị tổn thương từ dữ liệu chụp CT của bệnh nhân. Sợi sen được xếp lớp theo từng tầng, hình thành giá đỡ có độ rỗng tới 80% và độ bền cơ học vượt 40 MPa. Cấu trúc mô phỏng sinh học này không chỉ nâng đỡ tế bào xương mà còn tạo các kênh liên kết bên trong, giúp vận chuyển chất dinh dưỡng và mô phỏng hệ thống Haversian của xương tự nhiên.
Kích thước và mật độ lỗ rỗng của giá đỡ có thể điều chỉnh linh hoạt theo tình trạng xương của bệnh nhân, đóng vai trò như một chiếc đinh sinh học giúp cố định phần xương gãy. Bề mặt giá đỡ chứa nhóm hoạt tính sinh học có khả năng hấp thụ yếu tố tăng trưởng của tế bào xương. Thí nghiệm cho thấy tốc độ tăng sinh của tế bào xương trên giá đỡ này tăng 137%, rút ngắn chu kỳ khoáng hóa xuống còn 19 ngày.
Một ưu điểm đáng chú ý là tốc độ phân hủy của giá đỡ sen trong cơ thể khớp với tốc độ phát triển của xương mới. Nhờ đặc tính "nhận diện miễn dịch thấp" của sợi thực vật, tỷ lệ đào thải giảm từ 28% xuống còn 3,7%. Trong vòng 8 tuần, hơn 95% tổn thương xương có thể được phục hồi, với độ bền của xương mới tương đương với xương tự nhiên.
So với vật liệu kim loại truyền thống, giá đỡ từ sợi sen có độ tương thích sinh học lên đến 90% với mô xương người. Nhóm hoạt tính trên bề mặt như hydroxyl (-OH) và carboxyl (-COOH) giúp tăng khả năng bám dính của tế bào xương lên 30-50%. Thử nghiệm trên động vật cho thấy sau 8 tuần, lượng xương mới hình thành tăng 40%, tỷ lệ lành vết thương vượt 95%.
Theo: 123.com
