Phát minh về hydrogel có thể điều trị dạng viêm khớp phổ biến nhất
Nhịp đập khoa học - Ngày đăng : 17:35, 02/09/2024
Phát minh về hydrogel có thể điều trị dạng viêm khớp phổ biến nhất
Vật liệu kết hợp các vi cầu hydrogel và kháng thể nhắm vào sụn bị thương trong kỹ thuật đầy hứa hẹn để điều trị viêm xương khớp.
Nhóm các nhà khoa học Trung Quốc đã phát triển một vật liệu bôi trơn tiên tiến mà họ tin rằng có thể giúp điều trị viêm xương khớp ở giai đoạn đầu và làm chậm quá trình tiến triển của bệnh.
Viêm xương khớp, dạng viêm khớp phổ biến nhất, thường ảnh hưởng đến đầu gối, hông, cột sống và bàn tay. Đây là một bệnh thoái hóa khớp, trong đó các mô bị ảnh hưởng bị phá vỡ theo thời gian, gây đau, sưng và cứng khớp, thường làm giảm khả năng vận động.
Giảm độ trơn của sụn (mô bao phủ các đầu nơi hai xương gặp nhau để tạo thành khớp) được cho là một yếu tố chính gây ra viêm xương khớp. Vì vậy, các nhà khoa học và bác sĩ lâm sàng trên khắp thế giới đã tìm kiếm chất bôi trơn sinh học có thể làm chậm quá trình tiến triển của bệnh.
Các nhà khoa học Trung Quốc cho biết hiện họ có một giải pháp.
Một vật liệu mới do nhóm nghiên cứu phát triển có thể "nhắm chính xác vào các vùng sụn bị tổn thương và cung cấp khả năng bảo vệ bôi trơn", theo thông cáo báo chí từ Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc (CAS). Sản phẩm này là kết quả của một nghiên cứu do nhà khoa học Li Jiusheng và Lu Hengyi thuộc Viện Nghiên cứu Tiên tiến Thượng Hải thuộc CAS đồng dẫn đầu cùng bác sĩ phẫu thuật cột sống và chỉnh hình Wang Yunjia tại Bệnh viện Tương Dương.
Nhóm nghiên cứu đã công bố kết quả trên tạp chí Advanced Materials được bình duyệt ngang hàng. Được bình duyệt ngang hàng là một thuật ngữ để chỉ việc bài báo hoặc nghiên cứu được đánh giá và chấp nhận công bố bởi cộng đồng chuyên gia trong lĩnh vực tương ứng.
Vật liệu mới phát triển có cả vi cầu hydrogel - các hạt tròn, rỗng, rất nhỏ thường được sử dụng làm vật liệu sinh học tiêm để phục hồi các mô bị thương như sụn, cơ và xương.
Những vi cầu này được làm từ một vật liệu sinh học gọi là gelatin methacrylate, được sản xuất từ loại protein tự nhiên có nguồn gốc từ collagen, và một loại polyme nổi tiếng với các phân tử rất lớn, gọi là poly (sulfobetaine methacrylate) hoặc PSBMA.
Chất đầu tiên cho phép các tế bào bám dính, sinh sôi và trưởng thành bên trong các cấu trúc, trong khi chất thứ hai có khả năng hydrat hóa mạnh.
Để cải thiện chức năng của vật liệu trong điều trị viêm xương khớp, các nhà nghiên cứu cũng phát triển một kháng thể nhắm vào những vị trí sụn bị thương và gắn nó vào các vi cầu. Kháng thể là một loại protein lớn được hệ thống miễn dịch sử dụng để xác định và trung hòa các kháng nguyên gây bệnh.
Nhóm nghiên cứu cho biết, so với các chất bôi trơn sinh học hiện có để điều trị viêm khớp, vốn "thiếu mục tiêu chính xác với các tổn thương viêm nhỏ", thì phương pháp điều trị mà họ phát hiện có thể nhắm mục tiêu chính xác hơn vào những mô bị tổn thương.
Khi được tiêm vào những con chuột bị viêm xương khớp giai đoạn đầu, vật liệu sinh học mới này đã làm chậm đáng kể quá trình tiến triển của bệnh và làm giảm các triệu chứng. Điều này đặc biệt có ý nghĩa với tình trạng này vì tổn thương ở các mô mềm trong khớp là mãn tính và được công nhận rộng rãi là không thể phục hồi nên việc bảo vệ sớm có thể ngăn ngừa tình trạng mài mòn và hư tổn nghiêm trọng hơn.
Vật liệu này cũng hoạt động tốt về mặt bôi trơn, làm giảm hệ số ma sát trung bình (tỷ lệ lực ma sát giữa hai vật thể) hơn một nửa so với dung dịch muối tiêu chuẩn được chứng minh là có tác dụng điều trị cho những người bị viêm xương khớp.
So với chất bôi trơn sinh học thông thường, hệ số ma sát trung bình đã giảm hơn 1/3, theo bài viết trên tạp chí Advanced Materials.
Các tác giả cho biết khám phá này đại diện cho "một kỹ thuật thuận tiện và đầy hứa hẹn để điều trị viêm xương khớp, đặc biệt là làm chậm quá trình tiến triển của viêm xương khớp giai đoạn đầu".
Theo số liệu mới nhất có sẵn từ Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), khoảng 528 triệu người trên toàn thế giới đang sống chung với bệnh viêm xương khớp vào năm 2019, tăng 113% kể từ năm 1990.
Nhiều yếu tố có thể góp phần vào sự phát triển của căn bệnh này, gồm tiền sử chấn thương hoặc sử dụng khớp quá mức, cũng như lão hóa và thừa cân.
Theo WHO, với dân số già hóa và tỷ lệ béo phì và chấn thương ngày càng tăng, tỷ lệ mắc bệnh viêm xương khớp dự kiến sẽ tiếp tục tăng trên toàn thế giới.
Vi cầu hydrogel là những hạt nhỏ, tròn, rỗng, được tạo thành từ một loại vật liệu đặc biệt gọi là hydrogel. Hydrogel là một loại polymer (hợp chất cao phân tử) có khả năng hấp thụ một lượng nước rất lớn mà không bị tan rã. Khi ngậm nước, hydrogel trở thành một chất gel mềm, đàn hồi và có tính sinh học cao.
Cấu tạo
Vi cầu hydrogel được tạo thành từ một mạng lưới các phân tử polymer liên kết với nhau tạo thành một cấu trúc 3 chiều. Các khoảng trống trong mạng lưới này có khả năng chứa nước hoặc các chất khác.
Tính chất
Hấp thụ nước cao: Đây là đặc tính nổi bật nhất của hydrogel. Vi cầu hydrogel có khả năng hấp thụ một lượng nước gấp nhiều lần khối lượng khô của chúng.
Tính sinh học: Nhiều loại hydrogel được làm từ các vật liệu tự nhiên như collagen, hyaluronic acid, nên có tính tương thích sinh học cao, không gây kích ứng cho cơ thể.
Đàn hồi: Hydrogel có độ đàn hồi tốt, có thể co giãn và phục hồi hình dạng ban đầu.
Tính trơ: Một số loại hydrogel có tính trơ hóa học, không tương tác với các chất khác, giúp bảo vệ các chất hoạt tính bên trong.
Ứng dụng của vi cầu hydrogel
Vi cầu hydrogel có rất nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau, đặc biệt là trong y tế và công nghệ sinh học:
Dược phẩm: Sử dụng để làm chất mang thuốc, giúp thuốc được giải phóng từ từ và kéo dài thời gian tác dụng.
Tế bào gốc: Dùng để nuôi cấy và vận chuyển tế bào gốc.
Sửa chữa mô: Ứng dụng trong việc sửa chữa các mô bị tổn thương như sụn, xương, da.
Hệ thống giải phóng thuốc: Viên nang hydrogel có thể được sử dụng để giải phóng thuốc một cách kiểm soát, ví dụ như thuốc giảm đau, thuốc kháng sinh.
Mặt nạ: Vi cầu hydrogel được sử dụng trong các loại mặt nạ để cung cấp độ ẩm và dưỡng chất cho da.
Kem dưỡng da: Giúp làm dịu và làm mát da, đồng thời cung cấp độ ẩm lâu dài.
Cảm biến: Sử dụng để phát hiện các chất hóa học hoặc sinh học.
Chất xúc tác: Dùng trong các phản ứng hóa học.
Các ứng dụng khác
Sản xuất giấy: Tăng cường độ bền và khả năng hấp thụ nước của giấy.
Lọc nước: Loại bỏ các chất ô nhiễm trong nước.
Tóm lại, vi cầu hydrogel là một loại vật liệu đa năng với nhiều ứng dụng tiềm năng. Nhờ những tính chất đặc biệt của mình, vi cầu hydrogel đang được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau, góp phần cải thiện chất lượng cuộc sống của con người.