Sử dụng xương nhân tạo là xu hướng ngày càng phổ biến trong y học. So với cấy ghép xương tự nhiên, cấy ghép xương nhân tạo giúp bệnh nhân không phải trải qua ca phẫu thuật cắt xương đau đớn. Tuy nhiên, tại Việt Nam, chi phí để cấy ghép xương nhân tạo còn cao do nguồn cung xương nhân tạo chủ yếu phải nhập khẩu từ nước ngoài. Với mong muốn tổng hợp thành công vật liệu xương ghép nhân tạo ứng dụng trong lĩnh vực y học tái tạo, giảm chi phí cấy ghép xương cho người dân, PGS.TS. Nguyễn Đại Hải cùng các cộng sự tại Viện Khoa học Vật liệu Ứng dụng đã quyết tâm thực hiện đề tài “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu α-canxi sulphate hemihydrate và biphasic canxi phosphate ứng dụng trong y học tái tạo”.
“Chúng tôi đã đặt mục tiêu tạo ra các sản phẩm liên quan tới vật liệu y sinh mà cụ thể là vật liệu tái tạo xương, và mục tiêu này không chỉ mang tính khoa học cao, tạo tiền đề cho các vật liệu khác phát triển mà còn có tính thực tiễn cao khi đáp ứng được nhu cầu bức thiết của bệnh nhân trong nước” - PGS.TS. Nguyễn Đại Hải chia sẻ. Kết quả, sau hai năm triển khai, nhóm đã tổng hợp thành công α-Canxi Sulfate Hemihydrate (α-HH) và Biphasic Canxi Phosphate (BCP) - hai vật liệu chính trong ghép xương nhân tạo.
Sản xuất hợp chất α-HH và BCP quy mô 1.000 gam/mẻ tại Viện khoa học vật liệu ứng dụng (Ảnh: Nhóm nghiên cứu)
α-Canxi Sulfate Hemihydrate (α-HH) được ứng dụng nhiều trong cấy ghép và tái tạo xương ở lĩnh vực nha khoa và phẫu thuật chỉnh hình. Nó cũng được sử dụng để lấp đầy lỗ hổng trong xương gây ra do tai nạn hoặc do bệnh bẩm sinh. Đặc biệt, α-HH có vai trò quan trọng trong quá trình kiểm soát tốc độ tái hấp thụ, kích thích quá trình tái tạo xương, có thể điều chỉnh tính chất cơ học của những vật liệu khác.
Trong khi đó, Biphasic Canxi Phosphate (BCP) được sử dụng làm vật liệu sinh học thay thế xương cho các ứng dụng chỉnh hình, hàm mặt và nha khoa. Ngoài ra, BCP còn được áp dụng cho các khuyết tật xương lớn, ở một số khu vực chịu tải trọng. Với thành phần và cấu trúc tương tự thành phần khoáng trong xương, BCP có hoạt tính, tính tương hợp sinh học cao, khả năng chữa lành xương tốt.
Kích thước thực tế của vật liệu BCP (a) và khi vật liệu được ngâm trong dung dịch SBF (b) (Ảnh: Nhóm nghiên cứu)
PGS.TS Nguyễn Đại Hải cho biết, để tổng hợp α-HH và BCP, nhóm sử dụng phương pháp dung dịch muối với nguyên liệu ban đầu là CaCl2, cùng với một số hóa chất như Calcium sulfate dihydrate, Calcium chloride Anhydrous, Trisodium phosphate dodecahydrate, Sulfuric acid,…Các hóa chất này đều nhập từ hãng Fisher Scientific (Mỹ) nhằm đảm bảo chất lượng vật liệu đầu vào ở mức cao nhất. Kết quả cho ra sản phẩm có dạng bột kết tinh màu trắng, hàm lượng Canxi trên 24% (α-HH) và trên 34% (BCP).
Xương nhân tạo có dạng bột kết tinh màu trắng. (Ảnh: Nhóm nghiên cứu)
Đáng chú ý, nhóm nghiên cứu cũng đã hoàn thành nghiên cứu tổng hợp, đánh giá tính chất sinh học, hóa lý của hai loại vật liệu α-HH và BCP. Kết quả kiểm nghiệm cho thấy α-HH và BCP tổng hợp từ quy mô phòng thí nghiệm cho đến sản xuất quy mô 1.000g/mẻ đều phù hợp và được đánh giá an toàn cho lĩnh vực y học tái tạo. Đặc biệt, chất lượng của hai loại vật liệu còn được đánh giá tương đương với sản phẩm cùng loại nhập khẩu như α- Former bone graft (Đài Loan) và MBCP+ (Pháp).
Nhằm đánh giá khả năng tái tạo xương trên động vật, nhóm thực hiện tiến hành thử nghiệm cấy ghép xương từ vật liệu α-HH và BCP trên thỏ. Kết quả các vật liệu đã kết hợp tốt với xương vật chủ, sự hình thành xương mới cũng như thâm nhập vào cấu trúc của vật liệu. Thậm chí, trong quá trình trước và sau phẫu thuật, tỉ lệ sống sót của thỏ là 100%. Sức khỏe của thỏ ở tình trạng tốt, không có dấu hiệu của sự đào thải và các phản ứng sinh học nguy hiểm của vật liệu cấy ghép α-HH, BCP. Trên cơ sở này, nhóm nghiên cứu kiến nghị cho phép thực hiện các nghiên cứu lâm sàng trên người.
PGS.TS Nguyễn Đại Hải cho biết, hiện nay, α-HH và BCP có giá thành cao, từ 2 triệu - 5 triệu đồng/0,5gam do hai vật liệu này chủ yếu nhập từ nước ngoài về. Do đó, việc nghiên cứu quy trình tổng hợp, sản xuất thành công hai hợp chất chủ yếu cho lĩnh vực tổng hợp ghép xương nhân tạo α-HH và BCP sẽ giúp giảm chi phí của người bệnh, mở ra kỳ vọng cho việc ghép xương nhân tạo với giá thành rẻ.
Hà Nguyễn
