Nghiên cứu tổng hợp vật liệu mới trong cấy ghép và tái tạo xương trên cơ sở hydrogel composite sinh học gồm biphasic calcium phosphate và polymer sinh học (gelatin, chitosan)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN KHOA HỌC VẬT LIỆU NGUYỄN THỊ PHƢƠNG NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU MỚI TRONG CẤY GHÉP VÀ TÁI TẠO XƢƠNG TRÊN CƠ SỞ HYDROGEL COMPOSITE SINH HỌC GỒM BIPHASIC CALCIUM PHOSPHATE VÀ POLYMER SINH HỌC (GELATIN, CHITOSAN) Chuyên ngành: VẬT LIỆU CAO PHÂN TỬ VÀ TỔ HỢP Mã số : 62440125 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH KHOA HỌC VẬT LIỆU TP.HCM-2015 Cơng trình đƣợc hồn thành tại: Phịng Vật liệu hóa dƣợc, Viện Khoa học vật liệu ứng dụng, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Những ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS TS NGUYỄN CỬU KHOA TS TRẦN NGỌC QUYỂN Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án đƣợc bảo vệ trƣớc Hội đồng chấm luận án cấp Viện tổ chức Viện Khoa học vật liệu ứng dụng, viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt nam vào hồi ngày tháng năm 2015 Có thể tìm hiểu luận án thƣ viện: Thƣ viện Viện Hàn lâm Khoa học Cơng nghệ Việt Nam Tóm tắt luận án tiến sĩ ngành khoa học vật liệu MỞ ĐẦU Vật liệu y sinh đƣợc nghiên cứu mạnh mẽ để đáp ứng nhu cầu thay phận thể, cấy ghép mô, xƣơng ngƣời, hứa hẹn cho việc chữa trị tái tạo mô quan bị bị tổn thƣơng chấn thƣơng, bệnh tật lão hóa Trong lĩnh vực vật liệu dùng cho xƣơng, nhiều loại vật liệu dùng cấy ghép thay xƣơng phát triển đáng kể thập kỷ qua nhƣ kim loại hợp kim (titan, hợp kim titan, thép không rỉ ) Những vật liệu tƣơng hợp sinh học nhƣng tính chất lý kim loại, hợp kim khác biệt nhiều so với xƣơng dẫn đến nguy gãy xƣơng tƣơng thích phần xƣơng tiếp xúc với kim loại ghép Vì vậy, nhà khoa học giới quan tâm đến vật liệu sở Hydroxyapatite (HAp) biphase calcium phosphate (BCP) HAp BCP có tính tƣơng hợp sinh học, hoạt tính sinh học cao, khả chữa lành xƣơng thành phần tƣơng tự thành phần khống xƣơng Mặt khác, HAp BCP từ từ hịa tan thể giải phóng ion calcium phosphate có lợi việc hình thành phát triển xƣơng Tuy nhiên HAp BCP dạng bột nên khó tạo hình có thành phần, cấu trúc xốp tƣơng tự nhƣ xƣơng Hydrogel composite sở BCP polymer sinh học có thành phần, cấu trúc xốp tƣơng tự xƣơng, tƣơng hợp sinh học, suy giảm sinh học BCP thúc đẩy tạo khoáng, cải thiện tính chất học vật liệu Nhƣng vật liệu suy giảm nhanh, chƣa phù hợp với phát triển xƣơng Để giải vấn đề cần thiết phải biến tính polymer sinh học nhằm giảm khối lƣợng suy giảm, hƣớng tới ứng dụng vật liệu hydrogel composite cấy ghép tái tạo xƣơng Trên sở đó, chúng tơi đề xuất đề tài “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu cấy ghép tái tạo xƣơng sở hydrogel composite sinh học gồm biphasic calcium phosphate polymer sinh học (gelatin, chitosan)” Mục tiêu luận án: Nghiên cứu tổng hợp vật liệu sở hydrogel composite sinh học gồm biphasic calcium phosphate polymer sinh học (gelatin, chitosan) nhằm mục đích tạo vật liệu có khả tƣơng hợp sinh học, kích thích phát triển xƣơng, có thời gian suy giảm phù hợp với thời gian xƣơng phát triển để ứng dụng lĩnh vực cấy ghép tái tạo xƣơng Nội dung nghiên cứu luận án bao gồm: - Nghiên cứu tổng hợp nano BCP phƣơng pháp kết tủa kết hợp sóng siêu âm ứng dụng vật liệu sinh y Trang Tóm tắt luận án tiến sĩ ngành khoa học vật liệu - Nghiên cứu tổng hợp xác định tính chất hydrogel tyramin gelatin (TAGelatin) hydrogel composite TA-Gelatin/BCP - Nghiên cứu tổng hợp xác định tính chất hydrogel tyramin polyethyleneglycol gelatin (TA-PEG-Gelatin) hydrogel composite TA-PEG-Gelatin/BCP - Nghiên cứu tổng hợp xác định tính chất hydrogel hydroxyphenyl acetic chitosan (HPA-Chitosan) hydrogel composite HPA-Chitosan /BCP - Nghiên cứu tổng hợp xác định tính chất hydrogel tyramin tetronic chitosan (TA-TE-Chitosan) hydrogel composite TA-TE-Chitosan/BCP - Nghiên cứu tổng hợp xác định tính chất hydrogel tyramin polyethyleneglycol chitosan (TA-PEG-Chitosan) hydrogel composite TA-PEG- Chitosan/BCP - Nghiên cứu tổng hợp xác định tính chất hydrogel tyramin polyethyleneglycol chitosan oxi hóa (TA-PEG-Chitosan oxi hóa) hydrogel composite TAPEG-Chitosan oxi hóa /BCP Ý nghĩa khoa học luận án: Kết nghiên cứu luận án cho thấy số kết luận có ý nghĩa khoa học sau: - Kết hợp sóng siêu âm trình tổng hợp BCP tạo thành hạt kích thƣớc nano đồng so với khơng sử dụng sóng siêu âm BCP and HAp obtained by untrasound assisted process - Để polymer sinh học tạo đƣợc hydrogel, cần thiết phải biến tính chúng với phân tử hữu đa nhóm chức (nhƣ TA, HPA, ) tạo liên kết ngang hệ xúc tác enzyme nhƣ H2O2/HRP Bằng lƣợng H2O2 HRP khác điều chỉnh đƣợc thời gian gel hóa - Các hydrogel hydrogel composite polymer sinh học (gelatin, gelatin biến tính, chitosan chitosan biến tính) với BCP khơng độc có tính tƣơng hợp sinh học tốt với tế bào xƣơng MG-63 - Khối lƣợng suy giảm polymer sinh học (gelatin chitosan) đƣợc giảm xuống cho phù hợp với trình ghép tái tạo xƣơng cách biến tính polymer sinh học với hợp chất hữu khác nhƣ PEG, Te, - Hydrogel composite gelatin biến tính chitosan biến tính với BCP có khả tạo khống tốt hẳn hydrogel tƣơng ứng có triển vọng ứng dụng lĩnh vực ghép tái tạo xƣơng Trang Tóm tắt luận án tiến sĩ ngành khoa học vật liệu Bố cục luận án: Luận án có 159 trang với 14 bảng, 85 hình Ngồi phần mở đầu (3 trang), kết luận (23 trang), danh mục cơng trình công bố (2 trang) tài liệu tham khảo (20 trang) luận án đƣợc chia thành chƣơng nhƣ sau: Chƣơng 1: Tổng quan 38 trang Chƣơng 2: Thực nghiệm 20 trang Chƣơng 3: Kết biện luận 68 trang Đóng góp luận án: Đã nghiên cứu tổng hợp thành công BCP với tỷ lệ HAp:-TCP khác (1,53; 1,57; 1,61) pH khác (7; 9; 11) phƣơng pháp kết tủa kết hợp sóng siêu âm Sản phẩm thu đƣợc có kích thƣớc nano đồng so với phƣơng pháp kết tủa khơng kết hợp với sóng siêu âm Đã nghiên cứu tổng hợp xác định tính chất hydrogel TA-Gelatin, HPA- Chitosan hydrogel composite TA-Gelatin/BCP, HPA-Chitosan/BCP Kết cho thấy hydrogel hydrogel composite có khối lƣợng suy giảm nhanh không phù hợp cho ghép tái tạo xƣơng Đã nghiên cứu tổng hợp xác định tính chất hydrogel TA-PEG-Gelatin, TA-TE-Chitosan, TA-PEG-Chitosan , TA-PEG-Chitosan oxi hóa hydrogel composite TAPEG-Gelatin/BCP, TA-TE-Chitosan/BCP, TA-PEG-Chitosan/BCP , TA-PEG-Chitosan oxi hóa/BCP Kết cho thấy hydrogel hydrogel composite với hệ xúc tác H2O2/HRP có thời gian gel hóa nhanh, có cấu trúc xốp phù hợp cho xƣơng, không độc với tế bào xƣơng MG-63, tƣơng hợp sinh học tốt, khối lƣợng suy giảm phù hợp cho ghép tái tạo xƣơng, nhiên có hydrogel composite có khả kích thích tạo mầm tinh thể HAp bề mặt Do có hydrogel composite phù hợp cho ghép tái tạo xƣơng Phƣơng pháp nghiên cứu: Sử dụng phƣơng pháp tổng hợp nano BCP phƣơng pháp kết tủa kết hợp sóng siêu âm tổng hợp hạt nano BCP ứng dụng vật liệu sinh y Sử dụng phƣơng pháp phổ nhiễu xạ tia X, phổ hồng ngoại để phân tích cấu trúc sản phẩm Sử dụng kính hiển vi điện tử quét SEM để đánh giá hình thái sản phẩm Sử dụng phƣơng pháp biến tính vật liệu sinh học đại kỹ thuật dùng màng thẩm tách để điều chế polymer Sử dụng phƣơng pháp phân tích cấu trúc đánh giá độ chuyển hố q trình biến tính polymer nhƣ : 1H NMR, UV-Vis Trang Tóm tắt luận án tiến sĩ ngành khoa học vật liệu Sử dụng kỹ thuật nuôi cấy tế bào để đánh giá tƣơng hợp sinh học loại hydrogel hydrogel composite tổng hợp Sử dụng kính hiển vi điện tử quét SEM phƣơng pháp phân tích nguyên tố EDS để khảo sát khả tạo khoáng hydrogel hydrogel composite KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN TỔNG HỢP BCP 3.1.1 Kết phân tích XRD BCP Hình 3.1: Giản đồ XRD HAp β-TCP với tỉ lệ Ca/P = 1,53 pH: (a) pH=7, (b) pH=9 (c) pH=11 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu nghiên cứu đƣợc tổng hợp với tỉ lệ mol Ca/P = 1,53 (hình 3.1), pH=7 pH=9 có pic đặc trƣng β-TCP: 25,80 (10 10); 27,77 (214); 31,03 (0210); 34,37 (220); 52,94 (20 20) [62, 104, 105] pic đặc trƣng HAp: 25,90 (002); 29,14 (210); 31,86 (211); 32,20 (112); 32,90 (300); 34,22 (310); 46,69 (222); 49,51 (320); 53,27 (411) [101-103] Điều khẳng định mẫu đƣợc tổng hợp với tỉ lệ mol Ca/P = 1,53, pH=7 pH=9 BCP (hỗn hợp β-TCP HAp) Giản đồ nhiễu xạ tia X với tỉ lệ mol Ca/P = 1,53 (hình 3.1) pH=11 tồn pic đặc trƣng HAp: 25,90 (002); 29,14 (210); 31,86 (211); 32,20 (112); 32,90 (300); 34,22 (310); 46,69 (222); 49,51 (320); 53,27 (411) [101-103] Điều khẳng định mẫu HAp pH=11 Trong đó, giản đồ nhiễu xạ tia X với tỉ lệ mol Ca/P=1,57 [phụ lục 3] cho kết giống nhƣ với tỉ lệ mol Ca/P=1,53, sản phẩm pH=7 pH=9 có hai pha tinh thể β-TCP HAp pH=11 tồn pha HAp Tuy nhiên, giản đồ nhiễu xạ tia X với tỉ lệ mol Ca/P=1,61 [phụ lục 4] pH=7 sản phẩm có hai pha tinh thể β-TCP HAp, cịn pH=9 pH=11 sản phẩm có pha HAp Các cơng trình nghiên cứu trƣớc [62] cho thấy với tỉ lệ mol Ca/P=1,50 tổng hợp đƣợc β-TCP, cịn với tỉ lệ mol Ca/P=1,67 [64, 65] tổng hợp đƣợc HAp, nên tỉ lệ mol Ca/P gần 1,67 xu tạo thành sản phẩm HAp nhiều Tuy nhiên, môi Trang Tóm tắt luận án tiến sĩ ngành khoa học vật liệu trƣờng phản ứng base phản ứng có xu tạo thành sản phẩm HAp Do với tỉ lệ mol Ca/P=1,53 1,57 pH=7 pH=9 phản ứng có xu hƣớng tạo thành β-TCP, nên sản phẩm có hai pha tinh thể β-TCP HAp Còn tỉ lệ mol Ca/P=1,53 1,57 pH=11 sản phẩm tạo thành có HAp Với tỉ lệ mol Ca/P=1,61 pH=7 phản ứng có xu hƣớng tạo thành β-TCP, nên sản phẩm có hai pha tinh thể β-TCP HAp Còn tỉ lệ mol Ca/P=1,61 pH=9 pH=11 sản phẩm tạo thành có HAp Kết phù hợp với nghiên cứu đƣợc công bố Bahman Mirhadi (2011) [62], Byong- Taek Lee [63] Thành phần HAp β-TCP, theo Sylvie Raynaud [106] đƣợc tính tốn dựa pic nhiễu xạ mặt phẳng (2 0) 2θ = 29,14° mặt phẳng (2 1) 2θ = 31,86° HAp mặt phẳng (0 10) 2θ= 31,08° β-TCP (các pic đƣợc đánh dấu mũi tên hình 3.1) Tỷ lệ cƣờng độ đƣợc sử dụng để phân tích định lƣợng calcium phosphate hai pha chứa HAp β-TCP đƣợc xác định dựa đƣờng chuẩn R1 theo lƣợng (%) HAp [phụ lục 8] đƣờng chuẩn R2 theo lƣợng (%) β-TCP [phụ lục 9] Phần trăm khối lƣợng β-TCP HAp mẫu nghiên cứu đƣợc tổng hợp đƣợc thể bảng 3.1 Bảng 3.1: Tổng hợp thông số phần trăm khối lƣợng β-TCP HAp theo tỉ lệ mol Ca/P Tỉ lệ mol pH R2 %mβ-TCP %m HAp 2,7 33,8 66,2 0,0 0,0 100,0 2,4 26,3 73,7 1,6 18,8 81,2 11 0,0 0,0 100,0 2,1 23,6 76,4 0,0 0,0 100,0 11 1,61 64,2 1,57 35,8 11 1,53 2,8 0,0 0,0 100,0 Theo nghiên cứu Carlos A Garrido [52] sản phẩm BCP với tỉ lệ % khối lƣợng -TCP:HAp 35: 65 phù hợp với ứng dụng cho xƣơng Cho nên luận án này, chúng tơi sử dụng sản phẩm BCP có % khối lƣợng -TCP:HAp 33,8: 66,2 dùng tạo hydrogel composite nhằm giúp xƣơng phát triển (BCP đƣợc tổng hợp với tỉ lệ mol Ca/P 1,53, pH môi trƣờng phản ứng 9) Trang Tóm tắt luận án tiến sĩ ngành khoa học vật liệu 3.1.2 Kết phân tích IR BCP Phổ đồ FTIR cho thấy pic 3573 cm1 tƣơng ứng với dao động nhóm OH HAp pic 635 cm-1 dao động giãn nhóm OH HAp Các dải mạnh 1032 cm-1 1092 cm-1 tƣơng ứng với nhóm PO4-3 Pic 962 cm-1 tƣơng ứng với dao động bất đối xứng liên kết P-O nhóm PO43-, pic 603 cm-1 570 cm-1 tƣơng ứng với dao động uốn PO4 HAp [62, 104, 105, 107-112] Kết qủa phân tích khẳng định mẫu nghiên cứu có chứa HAp Do kết hợp kết phân tích FTIR với kết phân tích XRD khẳng định tùy theo điều kiện phản ứng thu đƣợc sản phẩm BCP (hỗn hợp β-TCP HAp) HAp 3.1.3 Kết khảo sát hình thái BCP hình ảnh SEM Kết qủa hình SEM cho thấy: phƣơng pháp kết tủa kết hợp sóng siêu âm (hình 3.3) cho sản phẩm kích thƣớc nano kích thƣớc hạt tƣơng đối đồng Trong phƣơng pháp kết tủa khơng sử dụng sóng siêu âm [111] cho sản phẩm có kích thƣớc micro đa phân tán (hình 3.4) Điều đƣợc giải thích sóng siêu âm làm tăng hiệu ứng hóa học hiệu ứng vật lý, trình tạo-vỡ bọt xảy gần bề mặt phân pha lỏng-rắn làm giảm tích tụ hạt Ngồi sóng siêu âm tăng tốc độ tạo mầm tinh thể dẫn đến sản phẩm tạo thành có kích thƣớc nhỏ khơng sử dụng sóng siêu âm [113-115] Vì vậy, nghiên cứu sử dụng phƣơng pháp kết tủa kết hợp sóng siêu âm để tổng hợp BCP Hình 3.3: Hình ảnh SEM HAp tổng hợp phƣơng pháp kết tủa kết hợp sóng siêu âm với tỉ lệ mol Ca/P= 1,61 pH=9 Hình 3.4: Hình ảnh SEM HAp tổng hợp theo phƣơng pháp kết tủa khơng sử dụng sóng siêu âm với tỉ lệ mol Ca/P= 1,67; pH=8 (h-1) pH=9 (i-1) [111] Trang Tóm tắt luận án tiến sĩ ngành khoa học vật liệu Phƣơng pháp kết tủa kết hợp sóng siêu âm cho sản phẩm từ phản ứng với tỉ lệ mol Ca/P (1,53; 1,57; 1,61) pH khác (7; 9; 11) có kích thƣớc nano từ 70 đến 100 nm tƣơng đối đồng 3.2 HYDROGEL COMPOSITE TA-GELATIN/BCP 3.2.1 Tổng hợp TA-Gelatin a Xác định thành phần, cấu trúc TA-Gelatin Sản phẩm TA-Gelatin đƣợc tổng hợp thơng qua phản ứng nhóm amin tyramin nhóm carboxyl gelatin Phổ 1H NMR TA-Gelatin đƣợc đo H2O Hình 3.7: Phổ 1H NMR TA-Gelatin Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân có tín hiệu proton có gelatin nhƣ pic đơn vị trí 4,8 ppm (proton vị trí anomeric carbone gelatin) pic vị trí 0,84,6ppm (proton nhóm alkyl gelatin Kết phù hợp với nghiên cứu Park [116, 117] Sự xuất pic đơi vị trí 6,754; 7,105 ppm phổ cộng hƣởng từ hạt nhân TA-Gelatin chứng tỏ có mặt proton Ha, Hb (nhóm -CH=CH- nhân thơm) tyramin Kết phù hợp với nghiên cứu Park [116, 117], điều chứng tỏ TAGelatin đƣợc tổng hợp thành công b Xác định lượng TA TA-Gelatin Lƣợng TA TA-Gelatin đƣợc xác định phổ tử ngoại – khả kiến (UV-Vis) Kết phân tích lƣợng TA TA-Gelatin cho thấy 100mg TA-Gelatin có 0,538mg TA tƣơng đƣơng 0,00392 mmol TA 3.2.2 Tổng hợp hydrogel TA-Gelatin hydrogel composite TA-Gelatin/BCP a Xác định lượng H2O2 tối thiểu để tạo gel Theo nghiên cứu Kurisawa [97] số mol H2O2 tối thiểu cần phản ứng 60% số mol TA Trên sở đó, chúng tơi tính lƣợng H2O2 tối thiểu cần phản ứng với TA 10mg TA-Gelatin để tạo gel 0,00235 mmol tƣơng đƣơng lƣợng H2O2 0,008% dung dịch TA-Gelatin 10% Ngoài nồng độ H2O2 không sử dụng cao 0,25% gây độc tế bào [119] Trang Tóm tắt luận án tiến sĩ ngành khoa học vật liệu b Khảo sát thời gian gel hóa hydrogel TA-Gelatin hydrogel composite TAGelatin/BCP Thời gian gel hóa hydrogel thơng số có ý nghĩa việc định hƣớng ứng dụng vật liệu nhƣ: tiêm hydrogel trực tiếp vào vết thƣơng định hình hydrogel trƣớc ghép hydrogel vào vết thƣơng Kết khảo sát thời gian gel hóa hydrogel TA-Gelatin hydrogel composite TA-Gelatin/BCP cách thay đổi lƣợng H2O2 lƣợng HRP dung dịch TA-Gelatin đƣợc thể thơng qua hình 3.8 hình 3.9 Hình 3.8: Đồ thị thời gian gel hóa hydrogel TA-Gelatin hydrogel composite TA-Gelatin/BCP theo lƣợng H2O2/TA-Gelatin lƣợng HRP/TA-Gelatin 0,00025% nồng độ TA-Gelatin 10% Hình 3.9: Đồ thị thời gian gel hóa hydrogel TA-Gelatin hydrogel composite TA-Gelatin/BCP theo lƣợng HRP/TA-Gelatin lƣợng H2O2/TA-Gelatin 0,01% nồng độ TA-Gelatin 10% Các đồ thị cho thấy thời gian gel hóa hydrogel nhanh vài phút, lƣợng H2O2, lƣợng HRP ảnh hƣởng đến thời gian tạo gel Khi tăng lƣợng H2O2/TA-Gelatin từ 0,008 lên 0,025% (lƣợng HRP/TA-Gelatin 0,00025%, nồng độ TA-Gelatin 10%) thời gian tạo gel hydrogel TA-Gelatin tăng từ 70 đến 180 giây Kết phù hợp với kết nghiên cứu trƣớc Jin [96], Kurisawa [97], Veitch [119] Điều đƣợc giải thích nhƣ sau: lƣợng H2O2 cao, H2O2 ức chế enzyme HRP làm cho thời gian tạo gel tăng lên Khi tăng lƣợng HRP/TA-Gelatin từ 0,00013 đến 0,001% (lƣợng H2O2/TA-Gelatin 0,01%, nồng độ TA-Gelatin 10%) thời gian tạo gel hydrogel TA-Gelatin giảm từ 98 48 giây Điều giải thích nhƣ sau: lƣợng HRP tăng thời gian tạo gel nhanh Trang 10 Tóm tắt luận án tiến sĩ ngành khoa học vật liệu 3.2.6 Khảo sát khối lƣợng suy giảm sinh học hydrogel TA-Gelatin hydrogel composite TA-Gelatin/BCP Phƣơng pháp phân tích trọng lƣợng theo thời gian đƣợc sử dụng để khảo sát khối lƣợng suy giảm hydrogel TA-Gelatin hydrogel composite TA-Gelatin/ BCP, kết đƣợc thể qua hình 3.11 Hình 3.11: Đồ thị khối lƣợng (%) suy giảm hydrogel TA-Gelatin hydrogel composite TA-Gelatin/BCP theo thời gian Kết khảo sát khối lƣợng suy giảm hydrogel TA-Gelatin hydrogel composite TA-Gelatin/BCP cho thấy hydrogel khơng có BCP khối lƣợng suy giảm nhanh nhiều so với hydrogel composite có BCP Lƣợng BCP hydrogel composite tăng khối lƣợng (%) suy giảm hydrogel composite nhỏ Ví dụ: sau 18 TA-Gelatin suy giảm 97% TA-Gelatin-5%BCP suy giảm 66%, TA-Gelatin-10%BCP suy giảm 45% Điều giải thích tƣơng tác hạt BCP gelatin Nhóm chức NH2, OH, COOH gelatin liên kết hydrogen với nhóm OH HAp BCP, ngồi cịn có liên kết tạo phức nhóm NH2 gelatin ion Ca2+ BCP [120-123] Tuy vậy, khối lƣợng suy giảm gần 100% sau 42 không phù hợp để ứng dụng lĩnh vực cấy ghép tái tạo xƣơng 3.3 HYDROGEL COMPOSITE TA-PEG-GELATIN/BCP 3.3.1 Tổng hợp TA-PEG-Gelatin a Xác định thành phần, cấu trúc TA-PEG-Gelatin Tổng hợp NPCPEGNPC Để tổng hợp TA-PEG-Gelatin cần phải hoạt hóa hai nhóm OH cuối PEG p nitrophenyl chloroformate tạo sản phẩm trung gian NPC-PEG- NPC Phổ 1H NMR đo dung môi H2O Trang 12 Tóm tắt luận án tiến sĩ ngành khoa học vật liệu Hình 3.13: Phổ 1H NMR NPCPEGNPC Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân có tín hiệu proton có PEG nhƣ pic đơn δ = 3,64ppm chứng tỏ có mặt proton H mạch PEG vị trí liên kết với nhóm (-OCH2-CH2-).Tín hiệu pic δ = 4,42ppm tín hiệu proton H mạch PEG liên kết với nhóm NPC (NPC-O-CH2-) Hai tín hiệu pic δ = 7,38ppm δ = 8,26ppm tín hiệu proton H nhóm NPC (-CH=CH-) Các kết phù hợp với nghiên cứu Park [117] Mức độ hoạt hóa đạt khoảng 97% đƣợc tính từ tỷ lệ tích phân proton thơm (NPC) proton methylene (PEG) Tổng hợp TAPEGNPC Trong giai đoạn này, liên kết urethane đƣợc tạo thành từ phản ứng nguyên tử nitơ phân tử tyramin nhóm C=O hợp chất NPC-PEG-NPC tạo sản phẩm TA-PEGNPC Phổ 1H NMR đo dung môi H2O Hình 3.15: Phổ 1H NMR TAPEGNPC Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân có tín hiệu proton thơm nhóm Tyramin δ= 6,77 7,02 ppm Ngoài ra, vùng 8,29 – 8,38 ppm thể tín hiệu proton thơm (NPC) Kết phù hợp với nghiên cứu Park [171] Khoảng 67% NPC đƣợc thay TA thu đƣợc từ kết tính tỷ lệ tích phân proton thơm (NPC) proton thơm liên hợp TA Tổng hợp TA-PEG-Gelatin Trong giai đoạn phản ứng này, phản ứng urethane đƣợc tạo thành từ nhóm NH2 mạch gelatin nhóm C=O sản phẩm trung gian NPCPEGTA Phổ 1H NMR đo dung mơi H2O Trang 13 Tóm tắt luận án tiến sĩ ngành khoa học vật liệu Hình 3.17: Phổ 1H NMR TA-PEG-Gelatin Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân có tín hiệu proton có gelatin nhƣ mũi đơn vị trí 4,8 ppm (proton vị trí anomeric carbone gelatin) mũi vị trí 0,84,6ppm (proton nhóm alkyl) gelatin Pic đơn δ = 3,64ppm tín hiệu nhóm methylene mạch PEG Hai tín hiệu pic δ = 6,77ppm δ = 7,09ppm tín hiệu proton liên hợp vòng thơm tyramin Kết phù hợp với nghiên cứu Park [116,117] Phổ đồ FTIR gelatin [phụ lục 8] có pic 1636 1550 cm-1 đặc trƣng cho dao động N-H amin, pic không xuất phổ đổ FTIR TA-PEG-gelatin [phụ lục 9] phản ứng urethane đƣợc tạo thành từ nhóm NH2 mạch gelatin nhóm C=O sản phẩm trung gian NPCPEGTA tổng hợp TA-PEG-gelatin b Xác định lượng TA TA-PEG-Gelatin Lƣợng TA TA-PEG-Gelatin đƣợc xác định phổ tử ngoại-khả kiến (UVVis) Kết phân tích lƣợng TA TA-PEG-Gelatin cho thấy 100mg TA-PEGGelatin có 0,83904mg TA tƣơng đƣơng 0,00612mmol TA 3.2.2 Tổng hợp hydrogel TA-PEG-Gelatin hydrogel composite TA-PEGGelatin /BCP a Xác định lượng H2O2 tối thiểu để tạo gel Theo nghiên cứu Kurisawa [97] số mol H2O2 tối thiểu cần phản ứng 60% số mol TA Trên sở đó, chúng tơi tính lƣợng H2O2 tối thiểu cần phản ứng với TA 100mg TA-PEG-Gelatin để tạo gel 0,00367 mmol tƣơng đƣơng lƣợng H2O2 0,0125% dung dịch TA-PEG-Gelatin 10% Ngoài nồng độ H2O2 khơng sử dụng cao 0,25% gây độc tế bào [119] b Khảo sát thời gian gel hóa hydrogel TA-PEG-Gelatin hydrogel composite TA-PEG-Gelatin/BCP Kết khảo sát thời gian gel hóa hydrogel TA-PEG-Gelatin hydrogel composite TA-PEG-Gelatin/BCP cách thay đổi lƣợng H2O2 lƣợng HRP dung dịch TA-PEG-Gelatin đƣợc thể thơng qua hình 3.18 hình 3.19 Trang 14 Tóm tắt luận án tiến sĩ ngành khoa học vật liệu Hình 3.18: Đồ thị thời gian gel hóa hydrogel TA-PEG-Gelatin hydrogel composite TA-PEG-Gelatin/BCP theo lƣợng H2O2/TA-Gelatin lƣợng HRP/TA-Gelatin 0,00025% nồng độ TA-PEG-Gelatin 10% Hình 3.19: Đồ thị thời gian gel hóa hydrogel TA-PEG-Gelatin hydrogel composite TA-PEG-Gelatin/BCP theo lƣợng HRP/TA-PEG-Gelatin 0,0125% nồng độ TA-PEG-Gelatin 10% Các đồ thị cho thấy thời gian gel hóa hydrogel nhanh vài phút, lƣợng H2O2, lƣợng HRP ảnh hƣởng đến thời gian tạo gel Khi tăng lƣợng H2O2/TA-PEG-Gelatin từ 0,0125 lên 0,1% (lƣợng HRP/TA-PEGGelatin 0,0025%, nồng độ TA-PEG-Gelatin 10%) thời gian tạo gel hydrogel TA-PEGGelatin tăng từ 50 đến 168 giây Khi tăng lƣợng HRP/TA-PEG-Gelatin từ 0,00013 đến 0,01 % (lƣợng H2O2/ TA-PEGGelatin 0,0125%, nồng độ TA-PEG-Gelatin 10%) thời gian tạo gel hydrogel TA-PEGGelatin giảm từ 80 77 giây Trong trƣờng hợp hydrogel composite TA-PEG-Gelatin/BCP thời gian tạo gel thay đổi so với thời gian tạo gel hydrogel TA-PEG-Gelatin Ví dụ: thời gian tạo gel TAPEG-Gelatin 80 giây nồng độ TA-PEG-Gelatin 10%, lƣợng HRP/TA-PEG-Gelatin 0,0013% lƣợng H2O2/TA-PEG-Gelatin 0,0125%; có thêm BCP với lƣợng 10% thời gian tạo gel 77 giây Trang 15 Tóm tắt luận án tiến sĩ ngành khoa học vật liệu 3.3.3 Khảo sát hình thái hydrogel TA-PEG-Gelatin hydrogel composite TAPEG-Gelatin/BCP Hình 3.20: Hình ảnh SEM hydrogel TA-PEG-Gelatin hydrogel composite TAPEG-Gelatin/BCP với lƣợng BCP khác Hình ảnh SEM đƣợc sử dụng để khảo sát hình thái học hydrogel TA-PEG-Gelatin hydrogel composite TA-PEG-Gelatin/BCP với lƣợng BCP khác (hình 3.20) Kết cho thấy hydrogel TA-PEG-Gelatin hydrogel composite TA-PEG-Gelatin/BCP có cấu trúc không gian ba chiều xốp phù hợp cho ứng dụng lĩnh vực cấy ghép tái tạo xƣơng 3.3.4 Khảo sát khối lƣợng suy giảm sinh học hydrogel TA-PEG-Gelatin hydrogel composite TA-PEG-Gelatin/BCP Hình 3.21: Đồ thị % khối lƣợng suy giảm TA-PEG-Gelatin hydrogel composite TA-PEG-Gelatin/BCP theo thời gian Kết khảo sát khối lƣợng suy giảm hydrogel TA-PEG-Gelatin hydrogel composite TA-PEG-Gelatin/BCP cho thấy hydrogel khơng có BCP khối lƣợng suy giảm nhanh so với hydrogel composite có BCP Lƣợng BCP hydrogel composite tăng khối lƣợng (%) suy giảm hydrogel composite nhỏ Ví dụ: sau tuần TAPEG-Gelatin suy giảm 12% TA-PEG-Gelatin-5%BCP suy giảm 11%, TA-PEG-Gelatin 10%BCP suy giảm 10% Hydrogel composite TA-PEG-Gelatin, TA-PEG-Gelatin 5%BCP TA-PEG-Gelatin10%BCP hydrogel composite có khối lƣợng sau tuần 20,89; 19,49 17,73% Hydrogel TA-PEG-Gelatin có thời gian suy giảm dài hydrogel TA-Gelatin Thời gian suy giảm hydrogel composite TA-PEG-Gelatin/BCP hydrogel TA-PEG-Gelatin dài tuần, điều khẳng định PEG gắn lên mạch polymer gelatin làm gelatin khó suy giảm Trang 16 Tóm tắt luận án tiến sĩ ngành khoa học vật liệu Tóm lại, hydrogel TA-Gelatin hydrogel composite TA-Gelatin/BCP suy giảm gần 100% sau 42 nhƣng sau biến tính gắn PEG vào gelatin khối lƣợng suy giảm chậm lại rõ rệt, sau tuần hydrogel TA-PEG-Gelatin hydrogel composite TA-PEG-Gelatin suy giảm gần 20% khối lƣợng 3.3.5 Đánh giá tính tƣơng hợp sinh học hydrogel TA-PEG-Gelatin hydrogel composite TA-PEG-Gelatin/BCP Tính tƣơng hợp sinh học hydrogel composite TA-PEG-Gelatin/BCP đƣợc khảo sát sở độc tính tế bào vật liệu sở bám dính phát triển tế bào vật liệu a Tính tương hợp sinh học hydrogel TA-PEG-Gelatin hydrogel composite TA-PEG-Gelatin/BCP sở độc tính tế bào Hình 3.22: Đồ thị khảo sát độc tính tế bào hydrogel TA-PEG-Gelatin hydrogel composite TA-PEG-Gelatin/BCP Độc tính tế bào hydrogel TA-PEG-Gelatin hydrogel composite TA-PEGGelatin/BCP đƣợc khảo sát phƣơng pháp MTT tế bào xƣơng MG-63 Kết khảo sát tính tƣơng hợp sinh học sở độc tính tế bào hydrogel TAPEG-Gelatin hydrogel composite TA-PEG-Gelatin/BCP cho thấy: với nồng độ pha loãng dung dịch chiết mẫu khác (0, 25, 50, 75, 100%) hydrogel TA-PEG-Gelatin lẫn hydrogel composite TA-PEG-Gelatin/BCP có tỉ lệ sống tế bào 97% Dựa tiêu chuẩn ISO 10993-5, 1999 (vật liệu không độc tế bào nồng độ pha loãng dung dịch chiết mẫu tỉ lệ tế bào sống cao 70%), cho thấy hydrogel TA-PEG-Gelatin hydrogel composite TA-PEG-Gelatin/BCP không độc tế bào Trang 17 Tóm tắt luận án tiến sĩ ngành khoa học vật liệu b Tính tương hợp sinh học hdrogel TA-PEG-Gelatin hydrogel composite TAPEG-Gelatin/BCP sở bám dính phát triển tế bào vật liệu Hình 3.23: Sự bám dính phát triển tế bào xƣơng MG-63 hydrogel TA-PEGGelatin hydrogel composite TA-PEG-Gelatin/BCP sau thời gian ngày Khảo sát bám dính phát triển tế bào xƣơng MG-63 hydrogel TA-PEGGelatin hydrogel composite TA-PEG-Gelatin/BCP đƣợc quan sát dƣới kính hiển vi huỳnh quang Nhân tế bào màu xanh sau nhuộm tế bào với thuốc nhuộm DAPI Kết (hình 3.23) cho thấy: sau ngày, tế bào bám phát triển tốt thành lớp phủ bề mặt hydrogel hydrogel composite Do khẳng định tính tƣơng hợp sinh học cao hydrogel TA-PEG-Gelatin hydrogel composite TA-PEG-Gelatin/BCP tế bào xƣơng MG-63 Điều giải thích gelatin BCP có khả kích thích, thúc đẩy phát triển tế bào, đặc biệt BCP thúc đẩy trình phát triển tế bào xƣơng BCP có khả hấp thụ protein mơi trƣờng ni cấy q trình phát triển tế bào xƣơng[139-144] Mặt khác hạt BCP tạo tạo bề mặt gồ ghề giúp tế bào bám dính tốt [145, 146] Kết thu đƣợc cho thấy hydrogel TA-PEG-Gelatin hydrogel composite TAPEG-Gelatin/BCP có nhiều tiềm ứng dụng tái tạo mô xƣơng 3.3.6 Khảo sát khả tạo khoáng hydrogel TA-PEG-Gelatin hydrogel composite TA-PEG-Gelatin/BCP Hình 3.24: Hình ảnh SEM EDS hydrogel TA-PEG-Gelatin sau tuần ngâm dung dịch SBF Khả tạo khoáng đƣợc sử dụng để dự đoán hoạt tính sinh học vật liệu nghiên cứu in vitro, in vivo chẳng hạn nhƣ khả tạo mầm phát triển tinh thể apatite carbonate bề mặt vật liệu [121,122] Chúng tơi khảo sát hình thành khoáng apatite carbonate hydrogel TA-PEGGelatin sau thời gian ngâm vật liệu tuần dung dịch SBF đƣợc đơng khơ Quan sát hình ảnh SEM (hình 3.24) với kích thƣớc 100µm ta thấy hydrogel TA-PEG-Gelatin giữ Trang 18 Tóm tắt luận án tiến sĩ ngành khoa học vật liệu đƣợc thành phần, cấu trúc xốp Hình ảnh SEM với kích thƣớc 10µm cho thấy bề mặt hydrogel xuất tinh thể lớn 1-2µm Kết phân tích EDS tinh thể (hình 3.24) cho thấy xuất nguyên tố Na (36,69%), Cl (50,91%) muối NaCl dung dịch SBF xuất nguyên tố Au (12,40%) lớp vàng phủ lên mẫu để phân tích EDS Hình 3.25: Hình ảnh SEM EDS hydrogel composite TA-PEG-Gelatin/BCP sau tuần ngâm dung dịch SBF Bảng 3.4: Thành phần % khối lƣợng nguyên tố phân tích EDS hydrogel composite TA-PEG-Gelatin/BCP sau tuần ngâm dung dịch SBF % khối lƣợng Mẫu nghiên cứu C O Na P Cl Ca TA-PEG-Gelatin-5%BCP 17,38 28,54 3,45 11,67 5,67 33,30 TA-PEG-Gelatin-10%BCP 10,45 24,17 2,53 13,11 2,95 46,79 Khảo sát hình ảnh SEM hydrogel composite TA-PEG-Gelatin/BCP với lƣợng BCP 5% 10%, sau thời gian ngâm vật liệu tuần dung dịch SBF đƣợc đông khô Kết cho thấy hydrogel composite TA-PEG-Gelatin/BCP giữ đƣợc cấu trúc xốp Hình ảnh SEM với kích thƣớc 3µm (hình 3.25) cho thấy bề mặt hydrogel composite xuất hạt tinh thể nhỏ Phân tích EDS hạt tinh thể (hình 3.25) cho thấy ngồi ngun tố Na, Cl xuất nguyên tố C, O, P, Ca nguyên tố cấu thành calcium phosphate, calcium carbonate Kết phân tích bảng 3.4 cho thấy phần lớn mầm tinh thể chứa nguyên tố Ca, P, O, C nguyên tố cấu thành calcium phosphate calcium carbonate phần lại tinh thể chứa nguyên tố Na, Cl Các kết nghiên cứu Mohamed [123], Amir [124], Gu [125] khẳng định: BCP tăng cƣờng khả tạo khống với vai trị nhƣ mầm apatite carbonate, đồng thời nguồn cung cấp ion calcium ion phosphate cho trình phát triển mầm tinh thể tinh thể apatite carbonate Phân tích cấu trúc pha hydrogel composit trƣớc sau ngâm hydrogel composit dung dịch SBF phƣơng pháp nhiễu xạ XRD khẳng định hình thành khoáng apatit hydrogel composit sau ngâm dung dịch SBF Giản đồ nhiễu xạ XRD hydrogel hydrogel composit trƣớc ngâm SBF [phụ lục 10] có pic tinh thể Trang 19 Tóm tắt luận án tiến sĩ ngành khoa học vật liệu PEG vị trí 9.10◦ 23.30◦, HAp 31,86 (211); 32,20 (112); 32,90 (300); 34,22 (310); 46,69 (222); 49,51 (320); 53,27 (411), sau ngâm hydrogel composit dung dịch SBF 7, 14 ngày giản đồ nhiễu xạ XRD xuất thêm pic CaCO3 vị trí theta 26,34; 33,24 điều khẳng định tạo thành khoáng apatit hydrogel composit sau ngâm dung dịch SBF Do sở kết thực nghiệm luận án cho thấy hydrogel composite TAPEG-Gelatin/BCP có hiệu trình hình thành phát triển khoáng apaptite carbonate 3.4 HYDROGEL COMPOSITE HPA-CHITOSAN/BCP Tổng hợp HPA-Chitosan thơng qua phản ứng nhóm amin chitosan nhóm carboxyl HPA Sử dụng phƣơng pháp 1H-NMR xác định thành phần, cấu trúc HPAChitosan Hydrogel hydrogel composite đƣợc điều chế diện HRP H2O2 nhiệt độ phòng Thời gian tạo gel, hình thái khối lƣợng suy giảm hydrogel HPAChitosan hydrogel composite HPA-Chitosan/BCP đƣợc khảo sát 3.5 HYDROGEL COMPOSITE TA-TE-CHITOSAN/BCP Tyramintetronicchitosan đƣợc tổng hợp qua giai đoạn Tổng hợp tetronicNPC, trƣớc hết chúng tơi hoạt hóa nhóm −OH cuối mạch tetronic pnitrophenyl chloroformate (NPC) tạo sản phẩm Tetronic  NPC Tổng hợp tyramintetronicNPC, tetronic NPC đƣợc dùng làm tác chất cho phản ứng ghép với tyramin (TA) Trong phản ứng liên kết urethane đƣợc tạo thành từ phản ứng tử nitơ phân tử tyramin nhóm C=O hợp chất Tetronic  NPC tạo sản phẩm TA  Tetronic  NPC Tổng hợp tyramintetronicchitosan, giai đoạn phản ứng này, nhóm NH2 mạch chitosan tác kích vào liên kết C=O hợp chất NPCPEGTA tạo sản phẩm TATe-Chitosan Sử dụng phƣơng pháp 1H-NMR xác định thành phần, cấu trúc TA-Te-Chitosan Hydrogel hydrogel composite đƣợc điều chế diện HRP H2O2 nhiệt độ phịng Thời gian tạo gel, hình thái, khối lƣợng suy giảm, tính tƣơng hợp sinh học, khả tạo khoáng hydrogel TA-Te-Chitosan hydrogel composite TA-TeChitosan/BCP đƣợc khảo sát Trang 20 Tóm tắt luận án tiến sĩ ngành khoa học vật liệu 3.6 HYDROGEL COMPOSITE TAPEGCHITOSAN/BCP TA-PEG-Chitosan qua giai đoạn: Tổng hợp NPCPEGNPC, tổng hợp PEG ghép chitosan, hai nhóm OH cuối PEG đƣợc hoạt hóa pnitrophenyl chloroformate tạo sản phẩm trung gian PEG  NPC Tổng hợp TAPEGNPC, giai đoạn này, liên kết urethane đƣợc tạo thành từ phản ứng tử nitơ phân tử tyramin nhóm C=O hợp chất NPC-PEG-NPC tạo sản phẩm TAPEGNPC Tổng hợp TA-PEG-Chitosan, giai đoạn phản ứng này, phản ứng urethane đƣợc tạo thành từ nhóm NH2 mạch chitosan nhóm C=O sản phẩm trung gian NPC PEGTA Sử dụng phƣơng pháp 1H-NMR xác định thành phần, cấu trúc TA-PEG-Chitosan Hydrogel hydrogel composite đƣợc điều chế diện HRP H2O2 nhiệt độ phịng Thời gian tạo gel, hình thái, khối lƣợng suy giảm, tính tƣơng hợp sinh học, khả tạo khoáng hydrogel TA-PEG-Chitosan hydrogel composite TA-PEGChitosan/BCP đƣợc khảo sát 3.7 HYDROGEL COMPOSITE TAPEGCHITOSAN OXI HĨA/BCP TAPEGChitosan oxi hóa đƣợc tổng hợp qua bƣớc: Oxi hóa chitosan dùng NaIO4, ion periodate cơng vào nhóm ancol lân cận nhóm amin tách khỏi sƣờn carbon-carbon, dẫn đến hình thành nhóm dialdehyde Mức độ oxi hóa chitosan khoảng 14% đƣợc tính tỷ lệ tích phân proton H (glucosamin) TA-PEG-Chitosan TA-PEG-Chitosan oxi hóa Tổng hợp NPC-PEG-NPC, hai nhóm OH cuối PEG đƣợc hoạt hóa p nitrophenyl chloroformate tạo sản phẩm trung gian PEG- NPC Tổng hợp TA-PEG-NPC, giai đoạn này, liên kết urethane đƣợc tạo thành từ phản ứng nguyên tử nitơ phân tử tyramin nhóm C=O hợp chất NPC-PEGNPC tạo sản phẩm TA-PEG-NPC Sử dụng phƣơng pháp 1H-NMR xác định thành phần, cấu trúc TA-PEG-Chitosan oxi hóa Hydrogel hydrogel composite đƣợc điều chế diện HRP H2O2 nhiệt độ phịng Thời gian tạo gel, hình thái, khối lƣợng suy giảm, tính tƣơng hợp sinh học, khả tạo khống hydrogel TA-PEG-Chitosan oxi hóa hydrogel composite TAPEG-Chitosan oxi hóa/BCP đƣợc khảo sát Trang 21 Tóm tắt luận án tiến sĩ ngành khoa học vật liệu 3.8 SO SÁNH CÁC HYDROGEL VÀ HYDROGEL COMPOSITE TRÊN CƠ SỞ POLYMER SINH HỌC (GELATIN, CHITOSAN) VÀ BCP Thời gian tạo gel tất hệ hydrogel composite sở polymer sinh học (gelatin, chitosan) BCP ngắn nên ứng dụng hệ gel việc tiêm trực tiếp hệ gel vào thể phẫu thuật Các yếu tố ảnh hƣởng đến thời gian tạo gel hệ gel là, lƣợng H2O2, HRP, diện BCP Bảng 3.12: So sánh hệ hydrogel hydrogel composite sở polymer sinh học (gelatin, chitosan) BCP STT Hệ hydrogel, hydrogel composite TA-Gelatin TAGelatin/5%BCP TAGelatin/10%BCP TA-PEG-Gelatin TA-PEGGelatin/5%BCP TA-PEGGelatin/10%BCP Hình thái Khối lƣợng suy giảm Tính thƣơng hợp sinh học Cấu trúc xốp Cấu trúc xốp Cấu trúc xốp Cấu trúc xốp Cấu trúc xốp Cấu trúc xốp 96,62% sau 18 65,87% sau 18 45,43% sau 18 20,89% sau tuần 19,59% sau tuần 17,73% Cấu trúc xốp HPACấu Chitosan/5%BCP trúc xốp HPACấu Chitosan/10%BCP trúc xốp 40,35% sau 762 38,54% sau 762 5,52% sau 762 HPA-Chitosan sau tuần Tƣơng hợp sinh học Tƣơng hợp sinh học Tƣơng hợp sinh học Trang 22 Khả tạo khống Khả ứng dụng Khơng có khả tạo khống Có khả tạo khống Khơng phù hợp ứng dụng cho xƣơng Không phù hợp ứng dụng cho xƣơng Không phù hợp ứng dụng cho xƣơng Không phù hợp ứng dụng cho xƣơng Phù hợp ứng dụng cho xƣơng Có khả tạo khống Phù hợp ứng dụng cho xƣơng Không phù hợp ứng dụng cho xƣơng Không phù hợp ứng dụng cho xƣơng Không phù hợp ứng dụng cho xƣơng Tóm tắt luận án tiến sĩ ngành khoa học vật liệu 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Cấu 13,81% Tƣơng Khơng có khả Không phù hợp trúc sau hợp sinh tạo ứng dụng cho xốp tuần học khoáng xƣơng TA-TeCấu 15,86% Tƣơng Có khả Phù hợp ứng Chitosan/5%BCP trúc sau hợp sinh tạo khoáng dụng cho xƣơng xốp tuần học TA-TeCấu 17,01% Tƣơng Có khả Phù hợp ứng Chitosan/10%BCP trúc sau hợp sinh tạo khoáng dụng cho xƣơng xốp tuần học TA-PEG-Chitosan Cấu 18,85% Tƣơng Khơng có khả Không phù hợp trúc sau hợp sinh tạo ứng dụng cho xốp tuần học khoáng xƣơng TA-PEGCấu 16,85% Tƣơng Có khả Phù hợp ứng Chitosan/5%BCP trúc sau hợp sinh tạo khoáng dụng cho xƣơng xốp tuần học TA-PEGCấu 14,64% Tƣơng Có khả Phù hợp ứng Chitosan/10%BCP trúc sau hợp sinh tạo khoáng dụng cho xƣơng xốp tuần học TA-PEG-Chitosan Cấu 18,37% Tƣơng Không có khả Khơng phù hợp oxi hóa trúc sau hợp sinh tạo ứng dụng cho xốp tuần học khống xƣơng TA-PEG-Chitosan Cấu 17,02% Tƣơng Có khả Phù hợp ứng oxi hóa/5%BCP trúc sau hợp sinh tạo khoáng dụng cho xƣơng xốp tuần học TA-PEG-Chitosan Cấu 14,87% Tƣơng Có khả Phù hợp ứng oxi hóa/10%BCP trúc sau hợp sinh tạo khoáng dụng cho xƣơng xốp tuần học Phân tích hình thái học cho thấy vật liệu có cấu trúc khơng gian chiều, xốp tạo TA-Te-Chitosan khoảng cƣ trú cho dịch chuyển tế bào để chuyển hóa lƣu thơng yếu tố chuyển hóa xƣơng đáp ứng khơng gian cho phát triển tế bào xƣơng xâm nhập mạch máu Hydrogel composite TA-Gelatin/BCP HPA-Chitosan/BCP có khối lƣợng suy giảm nhanh, thời gian suy giảm hydrogel composite không phù hợp với thời gian tái tạo xƣơng hydrogel composite cần nghiên cứu biến tính để thời gian suy giảm chúng chậm lại phù hợp với thời gian tái tạo xƣơng Các hệ hydrogel composite TA-PEG-Gelatin/-BCP, TA-Te-Chitosan-chitosan/BCP, TA-PEG-Chitosan/BCP TA-PEG-Chitosan oxi hóa/BCP có khối lƣợng suy giảm phù hợp với thời gian tái tạo xƣơng, sau tuần hệ hydrogel composite suy giảm dƣới 20% trọng lƣợng, thời gian suy giảm vật liệu đƣợc kéo dài, phù hợp với thời gian xƣơng phát triển Thời gian suy giảm vật liệu phải phù hợp với thời gian xƣơng phát triển Trang 23 Tóm tắt luận án tiến sĩ ngành khoa học vật liệu Hydrogel TA-PEG-Gelatin hydrogel composite TA-PEG-Gelatin/BCP tế bào bám dính phát triển tốt, sau ngày nuôi cấy tế bào phát triển thành lớp bao phủ bề mặt hydrogel hydrogel composite gelatin BCP có khả kích thích, thúc đẩy tế bào phát triển Các hệ hydrogel composite chitosan tăng lƣợng BCP mật độ tế bào phát triển tăng chitosan tƣơng hợp sinh học, có khả bám dính tế bào tốt nhƣng khả kích thích tế bào phát triển kém, mặt khác BCP kích thích, thúc đẩy phát triển tế bào Sau tuần ngâm ngâm vật liệu dung dịch SBF, bề mặt vật liệu hydrogel composite xuất kết tủa khoáng apatite carbonate, nhƣng vật liệu hydrogel khơng có khả tạo khống BCP có vai trị nhƣ mầm apatite carbonate, BCP nguồn cung cấp ion calcium phosphate cho trình phát triển mầm tinh tinh thể apatite carbonate KẾT LUẬN Từ kết nghiên cứu hoàn thành nội dung luận án, rút kết luận sau: Đã tổng hợp thành cơng biphasic calcium phosphate (BCP) với tỷ lệ HAp: -TCP khác thay đổi tỉ lệ mol Ca:P thay đổi pH môi trƣờng phản ứng phƣơng pháp kết tủa kết hợp sóng siêu âm Sản phẩm thu đƣợc từ phƣơng pháp có kích thƣớc hạt tƣơng đối đồng đều, kích thƣớc hạt sản phẩm từ 70 đến 100 nm Đã tổng hợp thành công dẫn xuất gelatin (gelatin- tyramin (GTA), tyraminpolyethylene glycol-gelatin (TA-PEG-gelatin), dẫn xuất chitosan (chitosan hydroxyphenyl acetic (CHPA), tyramin-tetronic-chitosan (TTeC), tyramin-polyethylene glycol-chitosan (TA-PEG-chitosan) tyramin-polyethylene glycol-chitosan oxi hóa (TAPEG-chitosan oxi hóa)) Sử dụng phƣơng pháp 1H-NMR phân tích thành phần, cấu trúc dẫn xuất polymer Đã tổng hợp thành công in situ hydrogel GTA, TA-PEG-gelatin, CHPA, TTeC, TAPEG-chitosan TA-PEG-chitosan oxi hóa xúc tác enzyme Horseradish peroxidase diện hydrogen peroxide Đã tổng hợp thành công in situ hydrogel composite GTA/BCP, TA-PEG-gelatin/BCP, CHPA/BCP, TteC/BCP, TA-PEG-chitosan/BCP TA-PEG-chitosan oxi hóa/BCP xúc tác enzyme Horseradish peroxidase diện hydrogen peroxide Sử dụng kính hiển vi điện tử quét SEM để quan sát hình thái hydrogel composite Sử dụng phƣơng pháp trọng lƣợng để đánh giá suy giảm hydrogel composite Sử dụng kỹ thuật nuôi cấy tế bào để đánh giá tƣơng hợp sinh học loại hydrogel composite tổng hợp Sử dụng Trang 24 Tóm tắt luận án tiến sĩ ngành khoa học vật liệu kính hiển vi điện tử quét SEM phƣơng pháp phân tích nguyên tố EDS để khảo sát khả khống hóa hydrogel composite Kết khảo sát hydrogel composite cho thấy: - Thời gian tạo gel hydrogel, hydrogel compsite ngắn từ vài giây đến vài phút - Các hydrogel, hydrogel composite có cấu trúc khơng gian ba chiều - Sau tuần hệ hydrogel composite phân hủy dƣới 20% trọng lƣợng, xốp tƣơng hợp sinh học khống hóa ngâm hydrogel composite dung dịch SBF tuần DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CÔNG BỐ QUỐC TẾ Thi Phuong Nguyen, Doan Bach Hai Phuong, Cuu Khoa Nguyen, Ngoc Quyen Tran, Injectable hydrogel composites based chitosan and BCP nanoparticles for bone regeneration, Advance in Natural Science: NanoScience and Nanotechnology, 015012, 2014 Nguyen Thi Phuong, Viet Anh Ho, Dai Hai Nguyen, Nguyen Cuu Khoa, Tran Ngoc Quyen, Yun Ki Lee and Ki Dong Park, Enzyme-mediated fabrication of the oxidized chitosan hydrogel for tissue sealant Journal of Bioactive and compatible polymer (IF: 2.4; Accepted) CÔNG BỐ TRONG NƢỚC Ngoc Quyen Tran, Cuu Khoa Nguyen, Thi Phuong Nguyen, Synthesis of nano hydroxyapatite by untrasound assisted process for biomaterial application, Tạp Chí Hóa học 51, 89-91, 2013 Trần Ngọc Quyển, Nguyễn Cửu Khoa, Nguyen Thi Phuong, Enzyme–mediated formation of chitosan–based hydrogels for tissue regeneration, Tạp chí Khoa Học Cơng Nghệ 51 (5A) (2013) 283–295, 2013 Nguyen Thị Phuong, Hoang Nguyen, Tran NgocQuyen, Nguyen Cuu Khoa, Synthesis nano biphasic calcium phosphate by untrasound assisted process for biomaterial application Journal of Science and Technology, 51 (5C) 635-640, 2014 THAM GIA HỘI NGHỊ QUỐC TẾ Ngoc Quyen Tran, Thi Phuong Nguyen, Cuu Khoa Nguyen, Injectable chitosan-based hydrogels/hydrogel composite for bone regeneration and tissue adhesion, Oral presentation 13th Asian BioCeramics Symposium 2013, Kyoto University, Japan Thi Phuong Nguyen, Bach Hai Phuong Doan, Dinh Vu Dang, Cuu Khoa Nguyen and Ngoc Quyen Tran, Enzyme-mediated in situ preparation of biocompatible hydrogel Trang 25 Tóm tắt luận án tiến sĩ ngành khoa học vật liệu composites from chitosan derivative and biphasic calcium phosphate nanoparticles for bone regeneration, IWNA 2013, Viet Nam Thi Phuong Nguyen, Bach Hai Phuong Doan, Dinh Vu Dang, Cuu Khoa Nguyen and Ngoc Quyen Tran, Enzyme-Mediated Preparation and Characterization of Hydrogel Composite for Bone Regeneration, The 5th International Conference on Biomedical Engineering in Vietnam, 2014 Thi Phuong Nguyen, Dai Hai Nguyen, Cong Truc Nguyen, Thanh Minh Le, Cuu Khoa Nguyen, Ngoc Quyen Tran, Biocompatibility, biodegradation and biomineralization of the hydrogel composite based on oxidized alginate, galatin and BCP Nanoparticles towards Bone Regeneration, IWNA 2014, Viet Nam Trang 26 ... ghép tái tạo xƣơng sở hydrogel composite sinh học gồm biphasic calcium phosphate polymer sinh học (gelatin, chitosan)? ?? Mục tiêu luận án: Nghiên cứu tổng hợp vật liệu sở hydrogel composite sinh học. .. khoa học vật liệu 3.8 SO SÁNH CÁC HYDROGEL VÀ HYDROGEL COMPOSITE TRÊN CƠ SỞ POLYMER SINH HỌC (GELATIN, CHITOSAN) VÀ BCP Thời gian tạo gel tất hệ hydrogel composite sở polymer sinh học (gelatin, chitosan). .. tính polymer sinh học nhằm giảm khối lƣợng suy giảm, hƣớng tới ứng dụng vật liệu hydrogel composite cấy ghép tái tạo xƣơng Trên sở đó, chúng tơi đề xuất đề tài ? ?Nghiên cứu tổng hợp vật liệu cấy ghép