Polymer này có khả năng tạo ra dòng áp điện đủ mạnh để kích thích tái tạo tế bào, mang đến cơ hội phục hồi cơ xương khớp bị lão hóa, tổn thương.
Hiệu ứng áp điện, được phát hiện bởi anh em nhà Curie vào năm 1880, đơn thuần là một hiện tượng vật lý miêu tả việc tạo ra điện tích khi áp dụng lực cơ học lên bề mặt một số loại tinh thể nhất định. Cho đến vài thập kỉ trở lại, "áp điện" vẫn đơn thuần là một hiện tượng thuần "vật lý", hoàn toàn không liên quan đến những thể sống hữu cơ, thế giới sinh vật. Cho đến gần đây, các nhà khoa học đã tìm ra các bằng chứng cho thấy hiệu ứng áp điện đóng những vai trò sống còn đối với điều tiết các chức năng của tế bào và các thành phần bên trong tế bào. Cụ thể, điện tích bề mặt và tương tác tĩnh điện của tế bào được tạo ra thông qua hiệu ứng áp điện, được cho là góp phần vào các kết nối tế bào – ma trận ngoại bào, chữa lành mô liên kết trong quá trình phục hồi chức năng, khoáng hóa và tái tạo các mô vôi hóa [1, 2]
Vốn cơ thể người chứa đầy các vật liệu có khả năng sinh ra dòng áp điện, ví dụ như collagen, keratin, DNA. Đối với các nghiên cứu về tái tạo mô, xương người khi tiếp xúc với áp lực cơ học theo thời gian sẽ dần tái tạo và thích nghi với cường độ áp lực, cũng như các tổn thương. Hiện tượng điện áp đóng vai trò phát đi tín hiệu trong việc tái định hình cũng như phục hồi, cụ thể là nhờ sự tồn tại của số lượng lớn collagen trong mô xương khớp. Tuy nhiên, quá trình tái tạo xương là một quá trình phức tạp, đòi hỏi sự phối hợp kịp thời của các gen phục hồi và sự di chuyển của một số tế bào nhất định [3], nếu các yếu tố này bị gián đoạn thì quá trình phục hồi có thể bị suy yếu, dẫn đến quá trình lành xương không hoàn thiện [4]. Phương pháp hỗ trợ quá trình lành xương bằng kích thích điện bằng cách ghép nối điện dung đã được một nhóm các nhà khoa học thử nghiệm và kiểm chứng độ hiệu quả qua nhiều năm [5]Lợi dụng đặc điểm này, các vật liệu sinh học áp điện được tổng hợp và ứng dụng trong đẩy nhanh quá trình tái tạo mô, thông qua kích thích phản ứng tế bào và hoạt tính sinh học của mô nhờ vào hiện tượng áp điện [6], sinh ra từ các hoạt động cơ học trên mô xung quanh vị trí cấy ghép [7].
Bệnh xương khớp ngày càng phổ biến và trẻ hóa.
Các nhà khoa học tại Viện Khoa học và Công nghệ Sức khỏe, trực thuộc Đại học Bách Khoa Hà Nội, đã nghiên cứu và phát triển thành công một loại polymer mới có tên HST. Polymer này được tổng hợp từ sự kết hợp của chitosan, poly(lactic acid) và poly(glutamic acid), có khả năng tạo ra dòng áp điện đủ mạnh để kích thích tái tạo tế bào. Cơ chế hoạt động của polymer HST tương tự như các phương pháp cấy ghép vật liệu áp điện truyền thống. Khi có vận động cơ học, polymer sẽ tạo ra dòng điện kích thích tế bào, từ đó thúc đẩy quá trình phục hồi tổn thương. Tuy nhiên, khác với các phương pháp cấy ghép, polymer HST được bào chế dưới dạng gel bôi ngoài da, giúp giảm thiểu việc áp dụng các biện pháp xâm lấn, mở ra một phương pháp tiếp cận với ít tác dụng phụ hơn. . Sản phẩm hứa hẹn sẽ trở thành một giải pháp thay thế hiệu quả cho các phương pháp cấy ghép vật liệu áp điện trong điều trị các bệnh lý thoái hóa xương khớp, nhờ vào khả năng kích thích tái tạo tế bào. Đặc biệt, với polymer HST, thành phần không kháng sinh, không kháng viêm, không tá dược,khẳng định sản phẩm hoàn toàn an toàn cho mọi đối tượng sử dụng.
Các nhà nghiên cứu của Viện Khoa học và Công nghệ Sức khỏe đang nghiên cứu thử nghiệm gel hỗ trợ phục hồi cơ xương khớp.
Hiện tại nghiên cứu đang trong quá trình hoàn thiện sản phẩm để sớm đưa vào ứng dụng. Kết quả thử nghiệm lâm sàng ban đầu đã cho thấy hiệu quả đáng kể khi 100% bệnh nhân đều cảm thấy tình trạng bệnh được cải thiện rõ rệt chỉ sau một tuần sử dụng gel. Với những kết quả khả quan này, sản phẩm dự kiến sẽ ra mắt đầu năm 2025, sớm mang đến hy vọng mới cho những bệnh nhân đang gặp phải các vấn đề về xương khớp.
============
[1]J. da Costa Reis and M. T. Oliveira, "Bone: Functions, structure and physiology," in The Computational Mechanics of Bone Tissue(Lecture notes in computational vision and biomechanics, Cham: Springer International Publishing, 2020, pp. 3-43.
[2]M. Cerrolaza, V. Duarte, and D. Garzón-Alvarado, "Analysis of bone remodeling under piezoelectricity effects using boundary elements," J. Bionic Eng., vol. 14, no. 4, pp. 659-671, 2017/12 2017.
[3]M. P. G. Bostrom, "Expression of Bone Morphogenetic Proteins in Fracture Healing," Clinical Orthopaedics and Related Research®, vol. 355, 1998.
[4]M. P. G. Bostrom et al., "Immunolocalization and expression of bone morphogenetic proteins 2 and 4 in fracture healing," Journal of Orthopaedic Research, vol. 13, no. 3, pp. 357-367, 1995/05/01 1995.
[5]R. I. Abeed, M. Naseer, and E. W. Abel, "Capacitively Coupled Electrical Stimulation Treatment: Results From Patients With Failed Long Bone Fracture Unions," Journal of Orthopaedic Trauma, vol. 12, no. 7, 1998.
[6]D. Khare, B. Basu, and A. K. Dubey, "Electrical stimulation and piezoelectric biomaterials for bone tissue engineering applications," (in eng), Biomaterials, vol. 258, p. 120280, Nov 2020.
[7]C. Ning, Z. Zhou, G. Tan, Y. Zhu, and C. Mao, "Electroactive polymers for tissue regeneration: Developments and perspectives," Progress in Polymer Science, vol. 81, pp. 144-162, 2018/06/01/ 2018.
Thu Nguyễn