Các nhà khoa học tại Đại học Northwestern (Hoa Kỳ) vừa công bố một bước đột phá quan trọng trong lĩnh vực y học tái tạo: phát triển thành công một loại vật liệu sinh học mới có khả năng tái tạo sụn khớp. Nghiên cứu này đã mở ra một hướng đi tiềm năng cho việc điều trị các tổn thương sụn khớp, đặc biệt là ở đầu gối, và hứa hẹn sẽ mang lại những thay đổi lớn trong chăm sóc sức khỏe cho hàng triệu người trên thế giới.

Tầm quan trọng của sụn khớp trong cơ thể người

Sụn là mô mềm nhưng rất quan trọng trong các khớp của cơ thể người và động vật. Chúng hoạt động như một lớp đệm, giúp giảm ma sát và bảo vệ đầu xương khỏi tổn thương khi các khớp cử động. Tuy nhiên, sụn không có khả năng tự phục hồi khi bị tổn thương, đặc biệt là ở người trưởng thành. Theo thời gian, do quá trình lão hóa, chấn thương hoặc các bệnh lý như viêm khớp, sụn có thể bị hao mòn hoặc hư hỏng, gây ra đau đớn và giảm khả năng vận động.

Công nghệ sinh học mới đến từ Đại học Northwestern

Nhận thức được tầm quan trọng và những hạn chế trong việc điều trị sụn bị tổn thương, nhóm nghiên cứu tại Đại học Northwestern đã phát triển một loại vật liệu sinh học hoạt tính có khả năng tái tạo mô sụn. Vật liệu này kết hợp peptide hoạt tính sinh học liên kết với yếu tố tăng trưởng biến đổi beta-1 (TGFb-1) — một loại protein quan trọng cho sự phát triển và duy trì sụn, cùng với axit hyaluronic biến đổi, một polysacarit tự nhiên có trong sụn và dịch bôi trơn khớp.

Cấu trúc và chức năng:

Vật liệu mới này có cấu trúc là một mạng lưới phức tạp các thành phần phân tử, phối hợp với nhau để mô phỏng môi trường tự nhiên của sụn trong cơ thể. Bằng cách tích hợp peptide hoạt tính sinh học và các hạt axit hyaluronic đã được biến đổi về mặt hóa học, các nhà khoa học đã tạo ra các sợi nano có khả năng tự tổ chức thành các bó, tạo nên một “bộ khung” sinh học giúp các tế bào trong cơ thể tái tạo mô sụn mới.

Cơ chế tái tạo sụn:

Các sợi nano không chỉ cung cấp một cấu trúc khung mà còn mang lại các tín hiệu hoạt tính sinh học, thúc đẩy quá trình tái tạo và hồi phục sụn. Khi tiêm vào vùng sụn bị tổn thương, vật liệu này sẽ cung cấp một môi trường hỗ trợ giúp tế bào sụn phát triển, đồng thời giảm thiểu các phản ứng viêm có thể làm tổn thương thêm mô sụn.

Thử nghiệm và kết quả đáng khích lệ

Nhóm nghiên cứu đã tiến hành thử nghiệm vật liệu này trên cừu — một mô hình động vật có khớp cứng tương tự với khớp gối của con người. Vật liệu được tiêm vào các khuyết tật của sụn, đóng vai trò như một chất nền giúp tái tạo sụn tự nhiên. Kết quả sau sáu tháng cho thấy có sự phục hồi đáng kể của sụn, bao gồm sự phát triển của sụn mới chứa các polyme sinh học tự nhiên như collagen II và proteoglycan. Đặc biệt, sụn mới này có khả năng phục hồi cơ học và giảm đau khớp, mang lại hy vọng lớn cho các bệnh nhân bị tổn thương sụn.

Ưu điểm so với các phương pháp hiện tại

Samuel I. Stupp, đại diện nhóm nghiên cứu, cho biết hiện nay phương pháp phổ biến nhất để xử lý tổn thương sụn là phẫu thuật gãy xương vi mô. Tuy nhiên, phương pháp này thường chỉ tạo ra sụn sợi, không phải sụn hyaline cần thiết cho các khớp hoạt động hiệu quả. Sụn hyaline có khả năng chống mài mòn tốt hơn, giúp khớp vận động trơn tru và giảm đau lâu dài.

Hạn chế của phẫu thuật gãy xương vi mô:

Phẫu thuật gãy xương vi mô liên quan đến việc tạo ra các vết nứt nhỏ trong xương bên dưới sụn để kích thích sự phát triển của sụn mới. Mặc dù có thể tạo ra sự tái tạo sụn, nhưng sụn mới thường là sụn sợi, không bền và không có các tính chất cơ học cần thiết cho một khớp chức năng.

Lợi ích của vật liệu sinh học mới:

Vật liệu sinh học mới của Đại học Northwestern có khả năng tái tạo sụn hyaline, mang lại hiệu quả cao hơn trong việc phục hồi chức năng khớp. Điều này giúp giảm nguy cơ đau nhức kéo dài và cải thiện chất lượng cuộc sống cho người bệnh.

Triển vọng ứng dụng trong tương lai

Vật liệu sinh học mới này không chỉ hứa hẹn cải thiện điều trị tổn thương sụn mà còn có thể làm giảm nhu cầu phẫu thuật thay thế toàn bộ khớp gối. Đây là một bước tiến lớn đối với các bệnh thoái hóa như viêm xương khớp, một căn bệnh phổ biến gây ra nhiều đau đớn và khó khăn trong vận động.

Ứng dụng trong thể thao:

Với khả năng phục hồi sụn hiệu quả, vật liệu này cũng có thể được sử dụng trong điều trị các chấn thương liên quan đến thể thao, chẳng hạn như đứt dây chằng chéo trước, một chấn thương phổ biến ở các vận động viên.

Khả năng thương mại:

Samuel I. Stupp và nhóm nghiên cứu của ông hy vọng rằng, trong tương lai gần, vật liệu sinh học mới này có thể được phát triển thành các sản phẩm thương mại, được sử dụng rộng rãi trong điều trị tổn thương sụn và các bệnh lý liên quan đến khớp.

Vật liệu sinh học mới từ Đại học Northwestern đã mở ra một chương mới trong việc điều trị tổn thương sụn, mang lại hy vọng lớn cho hàng triệu người trên toàn thế giới. Với khả năng tái tạo sụn hyaline và cải thiện chức năng khớp, công nghệ này không chỉ giúp giảm thiểu đau đớn mà còn cải thiện chất lượng cuộc sống cho những người bị ảnh hưởng bởi các bệnh lý khớp. Trong tương lai, khi vật liệu này được phát triển thành các liệu pháp điều trị phổ biến, nó sẽ đóng góp to lớn vào sự tiến bộ của y học và chăm sóc sức khỏe cộng đồng.

Nguồn: CESTI