Giàn giáo mới trong kỹ nghệ mô

Việc chế tạo (fabrication) một mô nguyên mẫu (prototype tissue) có đặc tính chức năng gần với mô tự nhiên là quan trọng cho việc cấy ghép (transplantation) hiệu quả. Những giàn giáo kỹ nghệ mô (tissue engineering scaffold) thường được sử dụng tiêu biểu để hổ trợ việc cho phép tế bào tạo thành cấu trúc giống mô – đây là yêu cầu cần thết cho chức năng phù hợp của những tế bào trong điều kiện gần với khối mô 3 chiều.

Các nhà khoa học thuộc Phòng thí nghiệm Công Nghệ Nano Sinh Học (Bionanotechnology), thuộc Đại Học Kazan Federal, kết hợp 3 loại vật liệu sinh học: chitosan, agarose (polysaccharides), và protein gelatin như những vật liệu để cung cấp những giàn giáo kỹ thuật mô và chức minh sự tăng cường  sức mạnh cơ học (gấp đôi tải trọng), hấp thụ nước (water uptake) cao hơn và tính chất chịu nhiệt trong hydrogel chitosan-gelatine-agarose trộn lẫn trong halloysite.

Chitosan, một loại polymer sinh học có khả năng phân hủy sinh học (biodegradable) tự nhiên và linh hoạt hóa học đã được sử dụng hiệu quả cho công thức chống vi khuẩn, chống nấm và chống u thư và kích thích miễn dịch. Để vượt qua những nhược điểu giàn giáo chitosan tinh khiết như bất ổn về tính cơ học (mechanical fragility) và tính kháng sinh học (biological resistance) thấp, giàn giáo chitosan trộn lẫn với chất hỗ trợ khác – điều này cho phép tăng cường sức mạnh cơ học (mechanical strengthening) vì thế có thể tạo  ra vật liệu kháng sinh composite mềm dẻo.

Agarose là đường đa chủ yếu có nguồn gốc từ galactose phân lập từ tảo đỏ (red algae), có đặc tính cơ học nổi bất, nó hữu dụng cho việc thiết kế những giàn giáo kỹ nghệ mô.

Gelatin được tạo từ collagen bời quá trình thủy phân (hydrolysis) (phá bỡ cấu trúc xoắn bậc ba thành những phân tử mạch đơn) và có một số ưu điểm so với tiền thân của nó. Nó ít gây phản ứng miễn dịch (immunogenic) khi so sánh với collagen và nó cũng giữ được các trình tự tín hiệu thông tin (informational signal sequence) cải thiện khả năng kết dính của tế bào (cell adhesion), di cư (migration), biệt hóa (differentiation) và tăng sinh (proliferation).

Những chỗ không đều của bề mặt lỗ giàn giáo do các cấu tử kích thước nano không hòa tan cải thiện kết nối những tế bào tốt nhất trên các vật liệu giàn giáo, trong khi các chất độn kích thước nano (nanoparticle filter) tăng sức mạnh của composite. Vì thế, các nhà nghiên cứu trộn lẫn trong halloysite nanotube vào trong chất nền chitosan-agarsoe-gelatin để thiết kế giàn giáo tế bào 3 chiều cấy ghép.

Những giàn giáo cho thấy sự ghi nhớ về hình dạng (shape memory) khi biến dạng (deformation) và có cấu trúc xốp phù hợp với kết dính tế bào và biệt hóa – cần thiến cho tạo thành mô nhân tạo (artificial tissue fabrication). Quan sát ở tầm vĩ mô đã xác nhận rằng tất cả mẫu của những giàn giáo biểu hiện có hoạt động như các bọt biển (sponge) với khả năng nhớ hình dáng và phục hồi (shape reconstruction) sau khi biến dạng ở cả trạng thái ướt và khô.

Các thí nghiệm sự căng (swelling experiment) chứng minh rằng việc thêm các halloysite* có thể cải thiện đáng kể khả năng thấm nước và ướt của giàn giáo composite. Sự kết hợp của ống nano halloysite vào giàn giáo tăng hấp thụ nước và cải thiện hơn nữa tính tương thích sinh học (biocompatibility). Đặc tính nội tại của ống nano halloysite có thể sử dụng để cải thiện hơn nữa tính tương thích sinh học bằng việc tải và giải phóng liên tục hợp chất có hoạt tính sinh học (bioactive compound) khác nhau. Điều này mở ra triển vọng tạo ra giàn giáo với các đặc tính định trước cho biệt hóa theo chủ định của những tế bào trên chất nền do giải phóng dần dần các yếu tố biệt hóa (differentiation factor).

Những thí nghiệm trên 2 dòng tế bào ung thư người (A549 và Hep3B) chỉ ra rằng liên kết tế bào và biệt hóa in vitro trên composite xảy ra mà không thay đổi sự tạo thành bộ khung tế bào (cytoskeleton formation) và tính sống (viability).

Đánh giá thêm về khả năng phân hủy sinh học và tương thích sinh học in vivo ở chuột cống (rat) đã xác nhận rằng những giàn giáo cải thiện sự hình thành mạch máu quanh các vùng cấy ghép. Các giàn giáo chỉ ra khả năng tái hấp thụ (resorption) trong 6 tuần sau khi cấy ghép ở chuột cống. Tân tạo mạch (neo-vascularization) được quan sát khi mô lên kết tạo mạch mới đặt gần giàn giáo cho phép phục hồi (restoration) hoàn toàn của dòng máu (blood flow).

Kết quả thu được cho thấy rằng halloysite trộn với giàn giáo là tương hợp sinh học khi thí nghiệm ở cả in vitro và in vivo. Thêm vào đó, họ cũng xác nhận tiềm năng lớn của giàn giáo xốp (porous scaffold) composite nano  chitosan-agarose-gelatine trộn lẫn với halloysite trong kỹ nghệ mô với tiềm năng cho phân phối thuốc (drug delivery) ống nano một cách đều đặn.

*Halloysite: khoáng đất sét dạng ống có kích thước nano tự nhiên

Nguyễn Thuần Nho (chuyển ngữ)

Bài báo:

1. Ekaterina A. Naumenko, Ivan D. Guryanov, Raghuvara Yendluri, Yuri M. Lvov, Rawil F. Fakhrullin. Clay nanotube–biopolymer composite scaffolds for tissue engineering.Nanoscale, 2016; 8 (13): 7257 DOI: 10.1039/C6NR00641H
2. Kazan Federal University. “Clay nanotube-biopolymer composite scaffolds for tissue engineering.” ScienceDaily.

Xin mời Quý Độc Giả bỏ ra 2-5 phút để làm một khảo sát mức độ hài lòng về bài viết của IBSG tại đây. IBSG chân thành cảm ơn Quý Độc Giả!