Để tái tạo thành công miếng sụn đầu gối sử dụng trong điều trị tổn thương và tái tạo sụn cho người bị viêm khớp nhóm nghiên cứu tại Đại học Connecticut (Mỹ) do Tiến sĩ Nguyễn Đức Thành (38 tuổi) dẫn đầu đã sử dụng các sợi nano của poly-L lactic axit (PLLA), một loại polymer phân hủy sinh học thường được sử dụng để khâu vết thương phẫu thuật. 

Vật liệu nano có một đặc tính được gọi là áp điện - có khả năng chuyển đổi những áp suất cơ học thành tín hiệu điện. Khi cấy ghép vào trong khớp xương, dưới lực tác động từ cử động của khớp, ví dụ như đi bộ, tấm polymer áp điện PLLA sẽ tạo ra xung điện yếu nhưng ổn định giúp "triệu hồi" các tế bào gốc, kích thích việc tiết ra các protein giúp cho quá trình hình thành và tái tạo sụn.

Trong nghiên cứu này, nhóm các nhà khoa học đã thành công kết hợp giữa phương pháp vật lý trị liệu và miếng dán polymer áp điện giuớ sụn bị hư tổn được rút ngắn thời gian hồi phục. Điều đáng nói, miếng sụn do Tiến sĩ Nguyễn Đức Thành sau khi hoàn thành nhiệm vụ có thể tự tiêu mà không cần thêm các thủ thuật để loại bỏ hậu điều trị.

Trước nghiên cứu của Tiến sĩ Thành, đã có nhiều nhà nghiên cứu từng tìm cách tái tạo sụn trong các khớp bị tổn thương bằng các hóa chất để kích thích sự tái tạo và phát triển sụn, hoặc sử dụng công nghệ tế bào gốc, khai thác từ cơ thể bệnh nhân hay một người nào đó khác tuy nhiên đều không hiệu quả. 

Sáng chế miếng dán sụn do anh đứng đầu đã khắc phục được điều trên khi chứng minh được những tín hiệu điện rất nhỏ phát ra từ một miếng PLLA polymer áp điện (không cần tế bào gốc hay các hóa chất kích thích sự tăng trưởng). Đây được xem là chìa khóa cho sự phát triển bình thường.

Nhóm đã thử nghiệm trên thỏ bị tổn thương sụn và cấy ghép các miếng sụn làm bằng PLLA vào trong khớp gối của thỏ. Thỏ được huấn luyện để nhảy trên máy chạy bộ, tạo nên các áp lực tác động lên miếng polymer áp điện. Đúng như dự đoán, sụn phát triển trở lại bình thường sau 1-2 tháng tập luyện.

Kết quả nghiên cứu được công bố trên tạp chí hàng đầu của y học (Science Translational Medicine1) và dẫn lại trên tạp chí Nature cho nghiên cứu về bệnh viêm khớp (Nature Reviews Rheumatology2). "Nghiên cứu này là bằng chứng cho thấy polymer áp điện phân hủy sinh học kết hợp vật lý trị liệu có thể hữu ích trong việc điều trị viêm xương khớp và áp dụng tái tạo mô bị thương", tờ Science nhận định.

TS Thành cho biết: "Trước khi thử nghiệm lâm sàng ở người, chúng tôi cần thử nghiệm ở một loài động vật lớn hơn". Nhóm cần tiếp tục theo dõi những con vật được điều trị trong ít nhất một năm, có thể là hai năm, để đảm bảo sụn có độ bền cao. Anh nói sẽ rất lý tưởng nếu thử nghiệm PLLA ở những động vật lớn tuổi hơn. Động vật non hồi phục dễ dàng hơn động vật già, nếu giàn mô áp điện cũng giúp động vật già khỏi bệnh, đó thực sự có thể là một bước đột phá về kỹ thuật sinh học.

Tái tạo sụn từ vật liệu polymer áp điện là thành công nối dài trong hành trình nghiên cứu chuyển đổi vật liệu trong y học thành những vật liệu "thông minh" ứng dụng trong y khoa của TS Nguyễn Đức Thành.

Năm 2018, Nguyen Lab ở UConn là nhóm nghiên cứu đầu tiên chế tạo cảm biến điện tử được chuyển đổi từ vật liệu dùng cho chỉ tự tiêu. Thiết bị được cấy ghép vào cơ thể bệnh nhân và truyền tín hiệu ra bên ngoài thông qua công nghệ không dây. Chúng có khả năng tự tiêu hủy mà không cần thêm lần phẫu thuật lấy ra giống cảm biến thông thường.

Trước đó, nhóm của Tiến sĩ Thành còn tập trung phát triển miếng dán vaccine. Miếng dán được đặt trực tiếp lên da và phóng thích các vi kim (microneedles) rất nhỏ vào lớp biểu bì (tương tự như mực xăm) để đưa vaccine vào cơ thể một cách dễ dàng, không cần những mũi tiêm khác nhau. Năm 2021, công trình nghiên cứu miếng dán vaccine phòng chống Covid-19 của nhóm gây tiếng vang khi được tạp chí Nature Biomedical Engineering công bố.

Cùng năm, một công trình khác là chế tạo thành công loại khẩu trang sinh học tự phân hủy hiệu quả như N95 và có thể tái sử dụng nhiều lần. Loại khẩu trang được tạo bởi các sợi kích thước nano của loại polymer sử dụng trong chỉ tự tiêu. Khẩu trang có thể tái sử dụng sau khi đã được khử khuẩn bằng các biện pháp phổ biến dùng trong bệnh viện (như sử dụng lò hấp - autoclave) hay trong gia đình (sử dụng rung siêu âm hay lò vi sóng).

Một năm sau khi nộp bằng sáng chế, hiện nghiên cứu này đã được công bố trên tạp chí khoa học uy tín Advanced Functional Materials 3. Hiện, nhóm đã sáng lập một startup để kêu gọi vốn và thương mại hóa khẩu trang này.

Thái An