Các nhà khoa học Nga tạo ra vật liệu ghép xương từ chất thải

Trong y học hiện đại, trong trường hợp gãy xương nghiêm trọng, khi xương bị gãy thành nhiều mảnh, có thể kèm theo các mảnh xương rời, các bác sĩ thường sử dụng các khung sinh học (Scaffold) có vai trò nâng đỡ và tạo môi trường cho tế bào phát triển, tăng sinh và biệt hóa. Hầu hết các phát triển hiện có ở Nga trong lĩnh vực này đều sử dụng vật liệu nước ngoài đắt tiền, các nhà nghiên cứu từ Đại học Liên bang Siberia (SibFU) cho biết. Để giải quyết vấn đề này, các nhà khoa học SibFU đã tạo ra chu trình sản xuất biopolymer của riêng họ, cho phép tạo ra các mô cấy ghép y tế từ nguyên liệu thô sẵn có ở địa phương.

Cơ sở của khung sinh học là polyhydroxyalkanoates (PHA) - một loại biopolymer được sản xuất bởi vi khuẩn và một số loại thực vật. Điểm độc đáo của công nghệ SibFU là khả năng sử dụng bất kỳ chất thải hữu cơ nào có chứa carbon làm thức ăn cho vi khuẩn, chẳng hạn như mỡ chiên đã qua sử dụng và chất thải chế biến cá, đòi hỏi các phương pháp xử lý tốn kém. Theo các nhà nghiên cứu, họ đã "tích hợp" công nghệ mới này vào quy trình sản xuất sinh học công nghệ cao. Đầu tiên, người bệnh phải chụp cắt lớp vi tính để đánh giá các tổn thương cơ quan do chấn thương, sau đó các bác sĩ tạo mô hình một khung riêng phù hợp với tình huống cụ thể. Sau đó, bộ phận cần thiết được in 3D bằng sợi biopolymer được đặt vào vị trí gãy xương.

"Không giống như hầu hết các công ty mua sợi sinh học từ các nhà sản xuất nước ngoài, chúng tôi tự sản xuất sợi sinh học bằng cách nung chảy và đẩy vật liệu qua một khuôn để tạo ra hình dạng mong muốn, tương tự như quá trình ép đùn nhựa, điều đó cho phép chúng tôi thay đổi các đặc tính của sợi để phù hợp với các nhu cầu khác nhau. Tất cả các thành phần được sử dụng (từ chủng vi khuẩn đến thiết bị) đều do Nga sản xuất", ông Alexey Dudayev, trợ lý khoa công nghệ sinh học cơ bản và khoa sinh học y khoa của SibFU, cho biết.

Các loại biopolymer như vậy thích hợp để tạo ra các màng chữa lành vết thương, chỉ khâu vết thương và hệ thống phân phối thuốc có mục tiêu. Tuy nhiên, kết quả khoa học mới nhất mà các nhà khoa học SibFU thu được khi làm việc với vật liệu này là các khung biopolymer có cấu trúc vi mô được kiểm soát để tái tạo xương. Theo các nhà nghiên cứu, nếu phương pháp này thâm nhập vào thị trường dịch vụ y tế, nó có thể cứu những bệnh nhân bị gãy xương khỏi các ca phẫu thuật lặp đi lặp lại.

"Các khung sinh học Scaffold cho phép tái tạo mảnh xương bị mất. Thí nghiệm mới của chúng tôi cho thấy các lỗ hình tam giác, hình vuông và hình lục giác đều phù hợp như nhau cho việc tái tạo nhanh chóng các tế bào tạo cốt bào (osteoblasts)", bà Galina Ryltseva, nghiên cứu viên tại phòng thí nghiệm công nghệ sinh học, trợ lý khoa sinh học y khoa tại SibFU, cho biết.

So với các chất tương tự hiện có, công nghệ sản xuất polyhydroxyalkanoates (PHA) do các nhà khoa học SibFU phát triển giúp giảm chi phí sản xuất khoảng 50%, vì họ sử dụng chất thải sẵn có thay vì các vật liệu đắt tiền. Đồng thời, theo các nhà khoa học SibFU, chất lượng của polyme thu được không thua kém các chất tương tự nước ngoài.

Mặc dù lĩnh vực ứng dụng chính của công nghệ này là cấy ghép y tế, nhưng, trong tương lai gần, các nhà khoa học có kế hoạch mở rộng phạm vi sử dụng polyme sinh học để sản xuất bao bì phân hủy sinh học và các loại sản phẩm thân thiện với môi trường khác.

"Mục tiêu của chúng tôi là tạo ra một giải pháp thay thế với giá cả phải chăng cho các loại polyme truyền thống, để không chỉ giải quyết các vấn đề y tế mà còn giảm thiểu ô nhiễm môi trường", ông Alexey Dudayev nhấn mạnh.