Vật liệu chứa HA có tính tương thích sinh học, hoạt tính sinh học, dẫn xương và polyme tương thích sinh học, phân hủy sinh học, không độc tạo ra loại vật liệu composit có nhiều ứng dụng trong công nghệ mô [125, 127], cấy ghép, sửa chữa mô xương [26] và răng [167], xi măng chữa xương và răng [10], truyền dẫn và nhả chậm thuốc và gen [121, 130], ngăn ngừa sự phát triển của tế bào ung thư [23, 24]… Một số ứng dụng chính được trình bày dưới đây.
1.3.4.1. Sửa chữa xương
Các xương đặc có một cấu trúc phân cấp điển hình. Ở cấp độ nanomet, các tinh thể HA được tạo thành dưới sự điều chỉnh của các sợi collagen. Tại cấp độ micromet, các sợi collagen khoáng hóa hình thành osteons, osteocytes, canaliculi, đó là những đơn vị cơ bản của xương đặc. Như vậy, chất nền collagen điều chỉnh sự khoáng hóa là cơ sở cho toàn bộ cấu trúc của mô xương [1, 9]. Do đó, chu trình mô phỏng sinh học sử dụng polyme làm chất nền điều tiết sự tạo thành tinh thể nano
HA được xem là phương pháp chế tạo vật liệu composit sinh học có tính dẫn xương và sinh xương tốt nhất [127]. Các khung xốp composit HA/polyme đã được chế tạo đơn giản bằng cách pha trộn vật lý các hạt nano HA với dung dịch polyme và sau đó loại bỏ dung môi bằng cách bay hơi [127, 155, 156]. Một số vật liệu đã được các công ty thương mại hóa như Collapat II (BioMet), Healos (Depuy Spine), Collagraft (Neucoll)...[128]
Sự phát triển của công nghệ mô mang lại nhiều hứa hẹn cho việc chế tạo các vật liệu cấy ghép xương mô phỏng sinh học. Hiện nay, nhiều nhà nghiên cứu đã đề xuất kỹ thuật chế tạo composit HA/polyme xốp, đóng vai trò là giàn khung 3-D (3- D scaffold) cho sự di trú và gắn tế bào trong kĩ thuật mô xương. HA kích thước nanomet làm tăng sự bám dính tế bào, tính chất cơ học và tương thích sinh học của vật liệu. Ngoài ra, kích thước lỗ xốp, sự phân bố các lỗ xốp và tốc độ phân hủy polyme là các tính chất quan trọng của giàn khung composit 3-D. Nhiều nghiên cứu được thực hiện để sản xuất xương nhân tạo từ HA và collagen, hai thành phần chính của xương động vật. Tuy nhiên, bằng cách mô phỏng cả thành phần và kết cấu đặc biệt của xương từ các polyme tổng hợp như poly (vinyl alcohol)-PVA [129, 170], poly(lactic axit)-PLA [58], poly(glycolic axit)-PGA [185], poly(lactic-coglycolic) axit- PLGA [148]... cho việc điều chế nanocomposit xốp 3-D cũng cho thấy có khả năng sửa chữa và tái tạo mô xương.
1.3.4.2. Sửa chữa răng
Từ trước đến nay, đối với các khiếm khuyết lớn trong răng, kim loại và hợp kim, như vàng và hỗn hợp, thường được sử dụng để thay thế và trang trí. Gốm sứ và polyme cũng được sử dụng rộng rãi để thay thế hoặc hàn, trám các khuyết tật của răng [31, 36]. Ngày nay, sự kết hợp giữa HA và polyme trong vật liệu composit được xem là phù hợp nhất cho việc sửa chữa răng và các mô nha chu nhằm kích thích sự tái tạo mô đã bị hư hỏng [27, 29]. Kim và cộng sự [29] đã tiến hành khử khoáng phần bên trong của răng và thu được chất nền collagen xốp. Sau đó, làm đầy nền xốp này bằng các composit ở thể lỏng chứa nano CaP để tái tạo pha khoáng bên trong chất nền collagen có khả năng truyền dẫn phần bên trong và lớp men răng bên ngoài. Ngoài ra, phương pháp sử dụng các gel composit HA/aga có thể bọc các bề mặt men răng để điều trị răng nhạy cảm và sâu răng.
1.3.4.3. Truyền thuốc và gen
Các vật liệu composit HA/polyme dạng xốp có khả năng giữ các loại thuốc và gen rồi nhả chúng một cách có kiểm soát [121]. Các hạt nano HA có tương tác mạnh mẽ với nhiều protein và các vật liệu di truyền, điều này sẽ có ích cho việc mang và vận chuyển protein và gen [130]. Composit HA/polyme có khả năng truyền dẫn các loại thuốc chống ung thư, thuốc kháng sinh hoặc protein sinh xương giúp cho việc điều trị có hiệu quả các khối u ác tính, viêm tủy xương, gãy xương. Composit HA/alginat mang thuốc kháng sinh gentamicin ở dạng hình cầu kích thước trung bình 16 µm có khả năng chống viêm [187].
Li và cộng sự [36] đã nghiên cứu các huyết thanh albumin như một loại thuốc protein và đưa chúng vào các lớp phủ HA bằng cách đồng kết tủa trên hợp kim titan. Các lớp phủ phỏng sinh học này đã làm chậm lại việc nhả protein và triển vọng đầy hứa hẹn làm tác nhân dẫn truyền thuốc.
Một số điểm rút ra từ tổng quan:
Từ những nội dung trên cho thấy, việc nghiên cứu chế tạo vật liệu chứa HA nói chung và nanocomposit HA/polyme đang là một xu hướng sôi nổi trên thế giới. Ở trong nước, các polyme như chitosan, collagen, PLA đã được sử dụng chế tạo composit dạng khối xốp ứng dụng trong phẫu thuật chỉnh hình. Luận án này, lần đầu tiên sử dụng các polysaccarit có nguồn gốc từ ngũ cốc và rong biển Việt Nam chế tạo vật liệu nanocomposit dạng bột định hướng làm thực phẩm chức năng và thuốc bổ sung canxi.
Khác với vật liệu composit dạng khối xốp ứng dụng cho sửa chữa và cấy ghép mô xương, trong đó, tính chất cơ lý, kích thước và sự phân bố các lỗ xốp là những tính chất quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng của vật liệu cấy ghép. Đối với vật liệu nanocomposit HA/polyme dạng bột định hướng ứng dụng làm thực phẩm chức năng và thuốc bổ sung canxi, các tính chất như kích thước, độ tinh thể của HA, sự phân tán và tương tác giữa HA và polyme sẽ quyết định khả năng hấp thu của vật liệu trong cơ thể.
Nhằm đưa ra quy trình đơn giản, không sử dụng các dung môi hữu cơ độc hại và chế tạo được vật liệu composit chứa HA có độ tinh thể thấp, kích thước
nanomet, phân tán đồng đều và tương tác tốt với polyme. Phương pháp trộn và phương pháp kết tủa trực tiếp đã được lựa chọn để tổng hợp nanocomposit HA/polyme. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm được khảo sát chi tiết, nhằm tìm ra điều kiện chế tạo vật liệu thích hợp.
Các polyme trong luận án này, có thể được chia làm hai nhóm. Nhóm thứ nhất là các polysaccarit từ tinh bột và các dẫn xuất của tinh bột. Nhóm thứ hai là alginat và các oligome từ alginat. Các nhóm chức và cấu trúc mạng lưới phân tử polyme cung cấp vị trí tạo mầm, điều chỉnh sự phát triển của tinh thể nano HA trong vật liệu composit. Mặt khác, mối quan hệ giữa khối lượng phân tử hay giá trị DE của các dẫn xuất của tinh bột hoặc cấu trúc khối G hay M của oligoalginat và các đặc trưng của composit cũng được xác định.
Chƣơng 2
THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU