Các nhà khoa học thiết kế kỹ thuật chữa lành vết thương 'thông minh'
Nghiên cứu mới, được công bố trên tạp chí Vật liệu nâng cao, mở đường cho “một thế hệ vật liệu mới tích cực hoạt động với các mô để thúc đẩy quá trình chữa lành [vết thương].”
Khi ngày càng có nhiều thủ thuật phẫu thuật được thực hiện ở Hoa Kỳ, số ca nhiễm trùng vết mổ cũng đang gia tăng.
Các vết thương mãn tính không lành - chẳng hạn như những vết thương xảy ra ở bệnh tiểu đường - thường chứa nhiều loại vi khuẩn ở dạng màng sinh học.
Những vi khuẩn có màng sinh học như vậy thường rất dễ điều trị và việc kháng thuốc chỉ làm tăng khả năng những vết thương này bị nhiễm trùng.
Theo ước tính gần đây, các vết thương mãn tính ảnh hưởng đến khoảng 5,7 triệu người ở Hoa Kỳ. Một số vết thương mãn tính có thể dẫn đến cắt cụt chi, như trường hợp loét do tiểu đường.
Ở cấp độ toàn cầu, các nhà nghiên cứu ước tính rằng cứ sau 30 giây lại có một vết loét tiểu đường mãn tính, không lành lại gây ra một ca cắt cụt chi.
Trong bối cảnh này, rất cần các phương pháp chữa lành vết thương sáng tạo, hiệu quả. Nghiên cứu mới cho thấy nhiều hứa hẹn trong vấn đề này, vì các nhà khoa học đã phát minh ra một phân tử giúp khai thác khả năng chữa bệnh tự nhiên của cơ thể.
Các phân tử được gọi là trọng tải kích hoạt lực kéo (TrAP). Chúng là các yếu tố tăng trưởng giúp các vật liệu như collagen tương tác với các mô của cơ thể một cách tự nhiên hơn.
Ben Almquist, Ph.D., một giảng viên khoa kỹ thuật tại Đại học Imperial College London, Vương quốc Anh, đã dẫn đầu nghiên cứu mới.
Công nghệ TrAP và chữa lành vết thương
Các vật liệu như collagen thường được sử dụng trong việc chữa lành vết thương. Ví dụ, bọt biển collagen có thể điều trị vết thương bỏng và cấy ghép collagen có thể giúp xương tái tạo.
Nhưng collagen tương tác với mô như thế nào? Trong cái gọi là cấy ghép giàn giáo, các tế bào di chuyển qua cấu trúc collagen, kéo giàn giáo cùng với chúng. Điều này kích hoạt các protein chữa bệnh, chẳng hạn như các yếu tố tăng trưởng, giúp mô tái tạo.
Trong nghiên cứu mới, Almquist và nhóm nghiên cứu đã thiết kế các phân tử TrAP để tái tạo quá trình tự nhiên này. Các nhà khoa học đã "gấp" các sợi DNA thành các aptamers, là các hình dạng không gian ba chiều liên kết với các protein.
Sau đó, họ thiết kế một “tay cầm” để các tế bào bám vào. Họ gắn các tế bào vào một đầu của tay cầm và một giàn collagen vào đầu kia.
Các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm cho thấy các tế bào đã kéo theo các TrAP khi chúng di chuyển qua các mô cấy ghép collagen. Đổi lại, các protein tăng trưởng được kích hoạt này đã kích hoạt quá trình chữa lành trong mô.
Các nhà khoa học giải thích rằng kỹ thuật này tái tạo các quá trình chữa bệnh tồn tại trong thế giới tự nhiên. Almquist cho biết: “Sử dụng chuyển động của tế bào để kích hoạt quá trình chữa bệnh được tìm thấy ở các sinh vật khác nhau, từ bọt biển đến con người.
“Cách tiếp cận của chúng tôi bắt chước chúng và tích cực làm việc với các loại tế bào khác nhau đến mô bị tổn thương của chúng tôi theo thời gian để thúc đẩy quá trình chữa lành,” ông nói thêm.
Vật liệu chữa bệnh 'thế hệ mới'
Nghiên cứu cũng tiết lộ rằng việc điều chỉnh tay cầm di động sẽ thay đổi loại tế bào có thể gắn và giữ các TrAP.
Đổi lại, điều này cho phép TrAP giải phóng các protein tái tạo được cá nhân hóa dựa trên các tế bào đã gắn vào tay cầm.
Khả năng thích ứng với các loại tế bào khác nhau có nghĩa là kỹ thuật này có thể được áp dụng cho nhiều loại vết thương - từ gãy xương đến chấn thương mô sẹo do đau tim và tổn thương dây thần kinh đến vết loét do tiểu đường.
Cuối cùng, aptamers đã được phê duyệt như một loại thuốc để sử dụng trong lâm sàng cho con người, điều đó có nghĩa là kỹ thuật TrAP có thể trở nên phổ biến rộng rãi sớm hơn là muộn.
Almquist giải thích: “Công nghệ TrAP cung cấp một phương pháp linh hoạt để tạo ra các vật liệu liên lạc tích cực với vết thương và cung cấp các chỉ dẫn chính khi nào và ở đâu.
Ông cho biết thêm: “Loại chữa bệnh thông minh, năng động này hữu ích trong mọi giai đoạn của quá trình chữa bệnh, có khả năng tăng cơ hội phục hồi của cơ thể và có những ứng dụng sâu rộng trên nhiều loại vết thương khác nhau.
Nhà nghiên cứu kết luận, "[t] công nghệ của anh ấy có tiềm năng đóng vai trò như một chất dẫn trong việc sửa chữa vết thương, điều phối các tế bào khác nhau theo thời gian để làm việc cùng nhau để chữa lành các mô bị tổn thương."
“Công nghệ của chúng tôi có thể giúp khởi chạy một thế hệ vật liệu mới tích cực hoạt động với các mô để thúc đẩy quá trình chữa bệnh.”
Ben Almquist, Ph.D.
