Sau nhiều năm nghiên cứu, các nhà khoa học Mỹ cuối cùng đã phát triển thành công một dạng sụn nhân tạo đủ mạnh để nâng đỡ và giảm bớt áp lực lên cơ thể khi chúng ta di chuyển. Loại sụn giống như thật làm từ hydrogel này hứa hẹn cải thiện khả năng vận động của người cao tuổi bằng cách thay thế sụn bị hư hỏng trong các khớp.

Sụn hydrogel (theo dấu mũi tên) được thử nghiệm độ bền chắc bằng sức nặng của một quả tạ 45kg. 
Ảnh: ScienceAlert.com

Sụn - lớp vật liệu mềm hoạt động như lớp đệm nằm giữa các khớp – có nhiệm vụ giữ cho các đầu xương không mài mòn với nhau và giúp chúng ta di chuyển dễ dàng hơn. Sụn khớp có thể bị hư hại do tuổi tác hoặc chấn thương, cần thay thế để duy trì khả năng di chuyển. Hydrogel từ lâu được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi như một vật liệu thay thế sụn bởi nó chủ yếu là nước và có độ thấm thấp, giống sụn tự nhiên. Tuy nhiên, hydrogel hiện nay không đủ độ bền và sức mạnh cơ học.

Trong khi đó, phương pháp sinh học do các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm quốc gia Los Alamos và Ðại học Duke phát triển giúp tạo ra loại hydrogel đầu tiên có sức mạnh giống với sụn ở cả sức căng và lực nén. Công bố nghiên cứu trên tạp chí khoa học Vật liệu Chức năng Tiên tiến (Advanced Functional Materials), các chuyên gia cho biết điều khiến sụn hydrogel mới ưu việt hơn các loại sụn thế hệ trước là nó được cấu thành từ hỗn hợp đặc biệt gồm ba loại polymer khác nhau: cellulose vi khuẩn (BC), polyvinyl alcohol (PVA) và PAMPS. Hỗn hợp này được gọi là BCAM PVATHER PAMPS.

Tuy tên gọi lạ lẫm và có vẻ không liên quan đến chức năng, nhưng khi kết hợp cùng nhau, ba polymer này cung cấp cả tính linh hoạt và khả năng chống nén cho sụn. Cụ thể là khi được ép chặt với nhau – như lúc chúng ta uốn cong khớp gối - hai polymer đầu tiên đẩy tĩnh điện lẫn nhau và duy trì hình dạng của sụn. Còn khi khớp gối duỗi ra, polymer thứ ba đủ linh hoạt để chịu đựng áp lực mà không bị phá hỏng. Cơ cấu tương tác phức tạp này giúp giữ cho sụn không bị tổn hại dưới áp lực cơ học.

Thử nghiệm cho thấy sụn hydrogel mới giống sụn thật nhiều nhất, khi nó tạo ra ma sát ít hơn 45% so với sụn sinh học và có khả năng chống mòn gấp 4,4 lần so với các phiên bản hydrogel trước đây. Ngoài ra, sụn hydrogel mới cũng chứng tỏ độ bền chắc như sụn thật khi được thử nghiệm cọ xát với một mẫu sụn tự nhiên hơn 1 triệu lần. So với các hỗn hợp hydrogel khác, sụn mới có thể chịu được trọng lượng hơn 45kg mà không bị căng thẳng hoặc nứt gãy. 

Dựa trên chi phí ước tính của các ca phẫu thuật thay thế sụn nhân tạo trước đó, nhóm nghiên cứu cho biết một ca phẫu thuật dùng sụn hydrogel mới có thể tốn khoảng 5.000 USD – chưa bằng một nửa chi phí so với phương pháp phẫu thuật khớp gối xâm lấn truyền thống. Ðiều này có thể giúp ích cho khoảng 1 triệu người đang bị ảnh hưởng bởi tổn thương sụn chỉ tính riêng tại Mỹ và hứa hẹn giúp cải thiện khả năng di chuyển của hàng triệu người già trên thế giới. Tuy nhiên, phải mất 3 năm nữa sụn hydrogel mới có thể ứng dụng trên người, vì sắp tới, các nhà nghiên cứu sẽ thử nghiệm cấy ghép trên cừu, nếu an toàn sẽ tiến hành thử nghiệm trên người.

Nhìn chung, vật liệu mới có tiềm năng trở thành lựa chọn tối ưu cho những người bị đau đầu gối, có thể giúp họ khôi phục hoàn toàn chức năng bộ khớp, không mất nhiều thời gian hồi phục và có tuổi thọ dài hơn so với sụn khớp thay thế trước đây.

HOÀNG ĐIỂU (Theo Inverse, Science Alert)