Khám phá công nghệ sản xuất xương nhân tạo

Y học hiện đại không còn xa lạ gì với các loại bộ phận cơ thể từ đơn giản đến phức tạp do chính bàn tay con người tạo ra như da nhân tạo, tim gan phổi nhân tạo, mạch máu nhân tạo... trong đó xương nhân tạo là một mảng nghiên cứu tiêu tốn khá nhiều công sức và trí tuệ của giới khoa học. Tuy nhiên, kể từ khi mẩu xương nhân tạo đầu tiên được đưa vào cơ thể cho đến nay, con người đã có những bước tiến dài trong việc tìm ra những vật liệu...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Khám phá công nghệ sản xuất xương nhân tạo Khám phá công nghệ sản xuất xương nhân tạoY học hiện đại không còn xa lạ gì với các loại bộ phận cơ thể từ đơngiản đến phức tạp do chính bàn tay con người tạo ra như da nhân tạo,tim gan phổi nhân tạo, mạch máu nhân tạo... trong đó xương nhân tạolà một mảng nghiên cứu tiêu tốn khá nhiều công sức và trí tuệ của giớikhoa học. Tuy nhiên, kể từ khi mẩu xương nhân tạo đầu tiên được đưavào cơ thể cho đến nay, con người đã có những bước tiến dài trong việctìm ra những vật liệu tối ưu nhất để chế tạo thành công hệ xương cốtcho cơ thể.Dùng vật liệu gì để chế tạo xương người?Xương là một vật liệu kỳ diệu xét về mặt kỹ thuật: nó vừa đủ cứng để có thểchịu được sức nén, lại vừa dẻo dai để có thể chịu được những tác động đốikháng. Ngoài ra, các phân tử của xương lại rất nhẹ, đến nỗi, tất cả các nhànghiên cứu về vật liệu phải ganh tị trước tài năng của tạo hóa. Chính vì vậymà trong quá trình nhân tạo hóa vạn vật, con người đã rất khó khăn để tìm raloại vật liệu tối ưu nhất có thể dùng để chế tạo bộ xương của chính mình.Trong suốt nhiều năm, y học hiện đại mới chỉ dùng kỹ thuật tái tạo xương bịthiếu bằng cách ghép mô xương của chính bệnh nhân hoặc từ một ngân hàngxương được người hiến tặng. Kỹ thuật này đòi hỏi phẫu thuật nhiều lần, gâyđau đớn cho bệnh nhân hoặc gây nhiễm bệnh khi được ghép bằng xương củangười khác. Nhưng giờ đây, các bác sĩ có thể thay thế xương bị vỡ hoặc gãybằng các mẩu xương nhân tạo được sản xuất trong vòng vài giờ bằng nhiềuloại vật liệu khác nhau. Các loại xương nhân tạo mới này ngày càng đáp ứngyêu cầu khắt khe để đạt tới trình độ giống với sản phẩm của tạo hóa nhất. Xương háng nhân tạo.Thông thường, để chế tạo xương, các nhà phẫu thuật cấy vào cơ thể ngườibệnh những khung làm từ vật liệu sinh học tổng hợp (vật liệu có khả năngcùng tồn tại với các mô sống trong cơ thể mà không gây tổn hại) và các môxương được lấy từ những vị trí khác nhau trong cơ thể, có gia cố thêm đinhthép để làm tăng độ khỏe. Tuy nhiên, theo GS. Gunnar Andersson của Trungtâm y khoa Rush-Presbyterian-St. Luke ở Chicago, Hầu hết các vật liệu hợpsinh học như vậy không đủ bền để chịu được sức nặng lớn, điều đó cónghĩa là khung nhân tạo không thể dài quá 4,5-5cm. Một bất lợi nữa là cácbác sĩ phải dùng tay để điều chỉnh hình dáng cho bộ phận cấy ghép.Năm 2006, Trung tâm nghiên cứu gốm cao cấp (ACR) ở Tucson, Arizona(Mỹ) đã phát triển một loại polymer mới có thể sử dụng để tạo ra vật liệurỗng có sức bền tương đương với xương thật. Trung tâm cũng đã chế tạo ramột loại thiết bị tạo xương với những khung định hình có thể cho ra các sảnphẩm có độ chính xác cao hơn hầu hết các nguyên mẫu trước đây. Theo tínhtoán, thiết bị chỉ mất khoảng 1,5 giờ để tạo ra những đoạn xương nhân tạolớn. Các mẫu xương này đủ khỏe để chịu đựng sức nặng cơ thể mà khôngcần bất cứ một chiếc đinh tán nào.Một loại xương nhân tạo khác hiện đang được dùng phổ biến ở các nướcchâu Âu, đó là xương làm bằng hỗn hợp composit: gồm các phân tử ceramicvà một khuôn polymer dạng bọt nước. Chỉ cần đun nóng hỗn hợp ceramic -polymer trong khuôn đúc theo hình dạng đoạn xương cần thay thế rồi đặt nóvào môi trường kín chứa khí carbonic (CO2), sau đó giảm áp suất và nhiệtđộ để hỗn hợp tự đông cứng lại là chúng ta sẽ có những đoạn xương theo ýmuốn. Đây là công trình hợp tác tại Thụỵ Sĩ, giữa Đại học Bách khoa Liênbang Lausanne (EPFL) và Bệnh viện Đại học Vaud (CHUV) và được QuỹQuốc gia Thụỵ Sĩ (FNS) tài trợ.Tại Nhật Bản, các bác sĩ khoa xương khớp lại rất thích sử dụng những đoạnxương nhân tạo được sản xuất từ xốp cao su do Hãng sản xuất thiết bị cơ khíchính xác Pentax và Trung tâm Vật liệu sinh học thuộc Viện nghiên cứu Vậtliệu quốc gia Nhật Bản chế tạo. Xương xốp cao su được tạo thành từ các tinhthể hydroxyapatite và collagen (loại protein là thành phần chính của mô sợiliên kết). Loại xương này mềm và có thể dùng kéo cắt để định dạng theo ýmuốn. Bác sĩ có thể dễ dàng đặt loại xương này vào cơ thể bệnh nhân vàtrong vài tháng nó sẽ biến thành xương thật.Còn ở Việt Nam, các nhà khoa học của Đại học Bách Khoa Hà Nội đã chếtạo thành công xương nhân tạo từ gốm thủy tinh y sinh. Gốm thuỷ tinh ysinh được làm bằng cách nấu chảy hoàn toàn hỗn hợp nguyên liệu gồm cáttrắng, hydoxyd nhôm, cacbonat canxi,... Ưu điểm vượt trội của loại nguyênliệu này là, khi cấy ghép hoàn toàn không thấy xuất hiện hiện tượng hoạixương. Các mô xương mới sinh xuất hiện, lấp đầy chỗ trống giữa xương vàvật cấy. Theo thời gian, xương cũ, xương mới sinh và vật cấy liền thành mộtkhối, liên kết trực tiếp với nhau. Do vậy, xương ghép và mô cơ thể liên kếtlành mạnh, bền chắc lâu dài.Ý tưởng độc đáo nhấtĐó là ý tưởng của các nhà vật lý làm việc tại Viện Nghiên cứu quốc giaLawrence Berkely (LBNC) tại bang California, Mỹ: dùng băng đá hìnhthành từ nước biển để chế tạo xương nhân tạo. Ý tưởng này xem ra rất khácthường thế nhưng ...