Tiến sĩ Việt chế tạo vật liệu tái tạo dây chằng chéo đầu gối

Từ kỹ sư hóa dầu, TS Nguyễn Ngọc Tuân chuyển hướng nghiên cứu vật liệu sinh học, cùng cộng sự phát triển thành công dây chằng nhân tạo phân hủy sinh học và thúc đẩy tái tạo mô dây chằng.

TS Nguyễn Ngọc Tuân (34 tuổi), trường Đại học Ecole Normale Superieur (ENS-PSL), Paris (Pháp), cùng các cộng sự đang theo đuổi các kỹ thuật mới trong lĩnh vực kỹ thuật mô. Nghiên cứu này được tiếp nối từ Dự án phát triển dây chằng nhân tạo phân hủy sinh học do anh thực hiện tại Đại học Sorbonne Paris Nord (Pháp) từ năm 2017.

"Có rất nhiều mô cơ quan trên cơ thể khi bị tổn thương hay mất đi sẽ rất khó hoặc không thể lành lại. Do đó tái tạo lại những mô tổn thương này trở thành vấn đề hấp dẫn đối với các nhà khoa học", TS Tuân nói với PV.

Dây chằng nhân tạo phân hủy sinh học được phát triển từ sợi polymer sinh học (polycaprolactone và trước đây là Polyethylene terephthalate) có thể thúc đẩy quá trình tái tạo của mô dây chằng đã đứt. Nó được dùng để ghép thay thế tạm thời dây chằng bị tổn thương nhằm giữ cố định khớp gối và trở thành khung vật liệu để thúc đẩy sự tái tạo tế bào mô thành dây chằng mới.

Bó sợi polymer sinh học của dây chằng nhân tạo được thử nghiệm hoạt tính sinh học trên tế bào mô sợi trong ống nghiệm sau 10 ngày, cho thấy có sự bám dính và phát triển của cụm tế bào rõ rệt. (Ảnh: Nhóm nghiên cứu).

Điều thú vị là các sợi polymer sẽ phân hủy chậm trong cơ thể mà không gây độc tế bào trong quá trình dây chằng mới được tái tạo lại, do đó không cần phẫu thuật loại bỏ. Đây là giải pháp hữu ích cho bệnh nhân gặp chấn thương liên quan đầu gối, thường gặp ở người chơi thể thao, phổ biến trong các cầu thủ bóng đá, người lao động nặng hoặc vận động sai cách.

Các kết quả từ nghiên cứu cho thấy khả năng thúc đẩy hồi phục chấn thương nhanh hơn, ít rủi ro, hiệu quả và ít tốn kém hơn so với các phương pháp phẫu thuật nối ghép mô truyền thống. Nghiên cứu được đánh giá là "bước đột phá trong lĩnh vực kỹ thuật mô và y học tái tạo", đăng trên tạp chí quốc tế Polymer Degradation and Stability (2020-2021,NXB Elsevier), Scientific Report (2021, NXB Springer-Nature), Biointerphases (2020, American Institute of Physics).

Quy trình cấy ghép dây chằng nhân tạo trên chuột thí nghiệm. (Ảnh: Nhóm nghiên cứu).

TS Tuân cho biết, thách thức lớn nhất là cần "đáp ứng được các yêu cầu khắt khe trong cấy ghép vào cơ thể", bởi vật liệu cần phải có tính tương thích sinh học với tế bào, không gây độc tế bào, tính chất cơ học phù hợp mô. Ví dụ, đối với sợi biopolymer cho dây chằng nhân tạo, chúng cần chịu được lực kéo, xoắn và trọng lượng từ cơ thể lên khớp đầu gối, để giữ cho các khớp được cố định. Bên cạnh đó còn có yêu cầu tăng cường bám dính cho tế bào và thúc đẩy tế bào phát triển thành các mô đích.

Để giải quyết vấn đề này, nhóm đã hoạt hóa bề mặt sợi bằng cách phủ với các phân tử polystyrene sulfonate có hoạt tính sinh học với tế bào thông qua liên kết hóa học vững chắc. Nhóm nghiên cứu sử dụng kỹ thuật ozone hóa nhằm kiểm soát khả năng phủ hoàn toàn bề mặt 3D của các bó sợi polymer. Toàn bộ quá trình trải qua sự kiểm soát nghiêm ngặt về điều kiện y tế trước khi sản phẩm được thử trong ống nghiệm và cấy ghép trên chuột, cừu và sau đó là con người.

"Khả năng tái sản xuất của các vật liệu này cũng là một thử thách cần vượt qua", anh cho hay. Những vật liệu cần đáp ứng được yêu cầu về sự ổn định về chức năng, sản xuất và vượt qua các bài kiểm tra khắt khe của các tổ chức y tế như FDA (Mỹ) hay CE (châu Âu).

GS Veronique, Đại học Sorbonne Paris Nord, thành viên hội đồng Hiệp hội Kỹ thuật Y sinh Pháp, trưởng nhóm nghiên cứu cho hay, đứt dây chằng chéo trước (ACL) là một trong những chấn thương thể thao phổ biến nhất ảnh hưởng đến các vận động viên. Do khả năng chữa lành kém của ACL nên thường phải can thiệp bằng phẫu thuật. Theo giáo sư, ngày nay phương pháp phẫu thuật tạo hình dây chằng (utograft replacement) là "tiêu chuẩn vàng". Tuy nhiên hơn 50% trường hợp cho thấy các rủi ro từ đau nhức, hoại tử xương tại điểm bám và thời gian hồi phục rất lâu (6 đến 12 tháng). "Do đó sự phát triển của dây chằng nhân tạo hoạt tính sinh học và phân hủy sinh học là một hướng đi cần thiết để giải quyết các vấn đề này", ông nói.

Hiện công nghệ này được công ty Texinov và Movmedix sử dụng sản xuất và đưa vào thử nghiệm lâm sàng tại châu Âu và Mỹ. "Thị trường dây chằng nhân tạo mô phỏng dây chằng tự nhiên, được làm từ vật liệu tương thích sinh học, hoạt động in vivo mà không gây phản ứng hệ thống trong cơ thể. Cấy dây chằng nhân tạo là một kỹ thuật rất chuyên biệt, được khuyên dùng cho các vận động viên và bệnh nhân cần hiệu suất cao", TS Julien Steinbrunn, Giám đốc nghiên cứu và phát triển, công ty Movmedix, đánh giá.

TS Nguyễn Ngọc Tuân. (Ảnh: NVCC).

Nghiên cứu y học tái tạo song ít ai ngờ TS Tuân vốn xuất phát điểm từ kỹ sư ngành hóa dầu. Anh kể bắt đầu theo đuổi nghiên cứu về vật liệu cao phân tử khi là sinh viên Trường Đại học Bà Rịa (Vũng Tàu). Nhờ sự giúp đỡ từ thầy trưởng khoa lúc đó là PGS. TS Nguyễn Văn Thông, anh nhận được Quỹ nghiên cứu khoa học dành cho sinh viên từ trường. "Đó là bước ngoặt lớn định hướng tôi theo đuổi con đường nghiên cứu sau này", anh nói.

Năm 2017, anh Tuân nhận được học bổng tiến sĩ về vật liệu sinh học cho tái tạo dây chằng chéo trước của đầu gối, dưới sự hướng dẫn của GS Veronique Migonney thuộc Đại học Sorbonne Paris Nord. Nghiên cứu nằm trong khuôn khổ dự án LIGA2BIO từ chương trình đầu tư tương lai (PIA) từ BPIfrance, liên kết với các công ty về công nghệ sinh học. Tốt nghiệp, TS Tuân làm việc cho bộ phận nghiên cứu và phát triển của công ty công nghệ sinh học về cấy ghép CERAVER rồi làm nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại Ecole Normale Superieur theo hướng nghiên cứu về vật liệu sinh học và tế bào.

Hiện anh phối hợp với nhóm nghiên cứu từ các trường Đại học Công nghệ Compiègne (Pháp) và Đại học Saarland (Đức) trong phát triển chuyển gene và gene hướng dẫn bằng giàn giáo cho tái tạo mô xương, sụn và dây chằng.

"Chúng tôi hướng đến giải quyết các hạn chế của vật liệu sinh học cho tái tạo các mô cơ quan khó hoặc không thể phục hồi và đào tạo nhân lực khoa học về lĩnh vực này", anh nói.

TS Tuân cho biết thêm, hiện Việt Nam có nhiều các nhóm nghiên cứu lớn và công ty công nghệ vật liệu sinh học tham gia lĩnh vực này. Song anh nhìn nhận cần có nhóm nghiên cứu đa ngành, như hóa học, cơ lý, sinh học và Y, phối hợp chặt chẽ giữa nhóm nghiên cứu và công ty sản xuất. "Tôi luôn tìm kiếm cơ hội hợp tác và làm việc với nhóm nghiên cứu về lĩnh vực kỹ thuật mô tại Việt Nam".

• Đây là lí do bạn nên ngừng đeo vòng tay ở tay trái ngay và luôn
• 'Nối' dây chằng bằng vít tự hủy
• Đôi chân chúng ta đang chết dần từ tuổi 25 mà bạn không hề hay biết