Khi vùng gãy xương quá lớn hoặc mất nhiều mô xương, cơ thể khó phục hồi chỉ nhờ cơ chế tự lành. Một vật liệu sinh học có thể thu hút tế bào gốc đến vùng tổn thương và hỗ trợ hình thành xương mới vừa được phát triển.
Điểm then chốt nằm ở “axit lactic”. Chất này thường gắn với cảm giác mỏi cơ sau vận động, nhưng nhóm nghiên cứu xác nhận axit lactic cũng có thể đóng vai trò tín hiệu trong quá trình tế bào gốc chuyển thành tế bào xương.
Đại học Y khoa CHA cho biết ngày 31, Bệnh viện CHA Bundang đã phát triển một scaffold tái tạo xương vừa dẫn hướng tế bào gốc đến vùng tổn thương vừa hỗ trợ tạo xương. Công trình do nhóm nghiên cứu gồm Giáo sư Lee Soon-cheol (Khoa Chấn thương Chỉnh hình), Giáo sư nghiên cứu Kim Jung-in và nghiên cứu sinh tiến sĩ Đại học Y khoa CHA Sipheshihle Cassandra Nonjola thực hiện.
Kết quả nghiên cứu đã được công bố trực tuyến trước vào ngày 24-06 trên tạp chí quốc tế 〈Carbohydrate Polymers〉, và sẽ đăng trong tập 388 phát hành ngày 15-09.
Không chỉ là “giá đỡ” cho xương mà còn kéo tế bào gốc về vùng tổn thương
Scaffold (giàn giáo) là một dạng “giá đỡ” giúp mô bị tổn thương có thể tái tạo. Trong tái tạo xương, scaffold tạo không gian để tế bào bám dính, phát triển và hình thành xương mới.
Tuy nhiên, khi mất xương nghiêm trọng, chỉ đặt cấu trúc đỡ đơn thuần thì khả năng hồi phục có giới hạn. Khi đó, cần tập trung tế bào gốc tạo xương về vùng tổn thương, đồng thời cần tín hiệu để các tế bào này thực sự chuyển thành tế bào xương.
Nhóm nghiên cứu đã tích hợp cả hai chức năng vào một scaffold.
Nhóm tạo sợi từ PCL — một polymer tương thích sinh học — và vật liệu thuộc nhóm cellulose, sau đó xử lý hóa học để hình thành canxi lactat trên bề mặt. Từ đây, canxi và axit lactic cần cho quá trình tạo xương sẽ được giải phóng.
Ngoài ra, nhóm còn gắn thêm “SDF-1”, một protein có vai trò thu hút tế bào gốc đến vùng tổn thương. SDF-1 là chất tín hiệu giúp tế bào gốc trung mô từ tủy xương di chuyển đến vị trí bị tổn thương.
Trong thí nghiệm, SDF-1 được giải phóng tương đối nhiều ở giai đoạn đầu và tiếp tục được phóng thích đến ngày thứ 28. Axit lactic được cung cấp dần dần, còn canxi được giải phóng trong vòng 7 ngày. Nói cách khác, scaffold được thiết kế để trước hết thu hút tế bào gốc về vùng tổn thương, rồi hỗ trợ quá trình tạo xương mới ngay tại đó.
Xử lý axit lactic làm tăng tín hiệu liên quan đến biệt hóa tế bào xương
Nhóm nghiên cứu cũng kiểm tra những thay đổi mà axit lactic gây ra bên trong tế bào gốc.
Khi xử lý axit lactic trên tế bào gốc trung mô từ tủy xương người, biểu hiện của một thụ thể có tên “OR5AN1” tăng lên. Tín hiệu canxi đi vào trong tế bào và các dấu ấn liên quan đến biệt hóa tế bào xương cũng đồng thời tăng.
OR5AN1 thuộc nhóm thụ thể khứu giác. Thụ thể khứu giác vốn được biết đến với vai trò nhận biết mùi ở mũi, nhưng một số cũng tồn tại ở các mô khác và có chức năng truyền tín hiệu cho tế bào.
Đây không phải lần đầu các nghiên cứu cho thấy axit lactic hỗ trợ tái tạo xương. Trong các nghiên cứu trên động vật trước đó, các nhà khoa học từng gợi ý rằng axit lactic có thể thúc đẩy biệt hóa xương và hình thành xương thông qua nhóm thụ thể khứu giác.
Trong nghiên cứu lần này, nhóm xác nhận rằng khi xử lý axit lactic trên tế bào gốc tủy xương người, biểu hiện OR5AN1, tín hiệu canxi và các chỉ số liên quan đến biệt hóa xương đều tăng lên. Sau đó, nhóm áp dụng nguyên lý này vào scaffold tái tạo xương bằng cách kết hợp protein dẫn hướng tế bào gốc với canxi lactat.
Áp dụng cho khuyết hổng xương đùi ở chuột… tạo xương mới nhiều hơn
Sau thí nghiệm trên tế bào, nhóm tiếp tục thử scaffold mới trên mô hình động vật, trong đó một phần xương đùi của chuột được gây tổn thương.
Ở nhóm sử dụng scaffold kết hợp cả canxi lactat và SDF-1, lượng xương mới hình thành nhiều hơn so với nhóm đối chứng. Kết quả mô bệnh học và nhuộm miễn dịch cũng cho thấy sự hình thành chất nền xương và mức độ trưởng thành mô diễn ra mạnh hơn.
Tuy vậy, đây chưa phải là phương pháp điều trị có thể áp dụng cho bệnh nhân. Nghiên cứu mới dừng ở bước xác nhận hiệu quả và cơ chế hoạt động thông qua thí nghiệm tế bào dùng tế bào gốc người và mô hình khuyết hổng xương đùi ở chuột. Để sử dụng cho tái tạo xương sau gãy xương thực tế, khuyết hổng xương lớn hoặc sau phẫu thuật thay khớp nhân tạo, cần thêm các nghiên cứu trên người nhằm kiểm chứng tính an toàn và hiệu quả.
Giáo sư Lee Soon-cheol, Khoa Chấn thương Chỉnh hình, Bệnh viện CHA Bundang, nói: “Điểm có ý nghĩa là chúng tôi đã hiện thực hóa một vật liệu sinh học không chỉ đơn thuần nâng đỡ xương mà còn tập trung tế bào gốc về vùng tổn thương và dẫn hướng để chúng tự tạo xương” và “trong tương lai, chúng tôi kỳ vọng vật liệu này có thể được ứng dụng trong nhiều điều trị chỉnh hình như gãy xương, khuyết hổng xương và tái tạo xương sau phẫu thuật thay khớp nhân tạo”.
Nghiên cứu này cũng được giới thiệu trên mục “Những người làm rạng danh Hàn Quốc (Hanbitsa)” của Trung tâm Thông tin Nghiên cứu Sinh học (BRIC).
