Nếu con người muốn trang bị cho mình khả năng tái tạo lại cơ thể, giống như cách loài thằn lằn mọc lại đuôi, chúng ta chắc chắn sẽ phải tìm ra cách tái tạo lại phần xương gãy của mình. Trong một nỗ lực như vậy, các nhà khoa học đã có thể sử dụng sóng âm thanh để biến các tế bào gốc thành tế bào xương chỉ trong vòng 5 ngày.
Tế bào gốc chính là những tế bào có siêu năng lực – có thể biến thành bất kỳ tế bào nào khác trên cơ thể. Đây cũng chính là loại tế bào mà một số loài động vật sử dụng để mọc lại các chi đã mất của mình.
Đối với y học của con người, việc có thể biến tế bào gốc thành tế bào xương sẽ giúp chúng ta sửa chữa lại các bộ phận cơ thể bị tổn thương do chấn thương hoặc do bệnh tật. Trước mắt, các bác sĩ nói rằng nó có thể giúp ích với những bệnh nhân ung thư không may phải cắt bỏ xương, hoặc một số bệnh thoái hóa xương khớp khác.
Nghiên cứu mới được thực hiện bởi các nhà khoa học đến từ Viện Công nghệ Hoàng gia Melbourne (RMIT). Trong đó, họ đã sử dụng sóng âm thanh tác động lên các tế bào gốc trung mô.
Tế bào gốc trung mô này có thể lấy ngay từ chất béo của người bệnh. Điều đó có nghĩa là con đường tái tạo xương bằng kỹ thuật mới đơn giản hơn rất nhiều các kỹ thuật từng được phát triển trước đây.
Không phải là các nhà khoa học chưa từng tìm ra cách biến tế bào gốc thành tế bào xương. Nhưng các kỹ thuật mà họ sử dụng thường phức tạp và khó có thể ứng dụng vào thực tế. Chẳng hạn như một kỹ thuật yêu cầu chọc kim vào tận tủy xương để lấy tế bào gốc tủy của người bệnh. Đây là một kỹ thuật xâm lấn, gây đau đớn và phải thực hiện dưới gây mê.
Lượng tế bào gốc tủy thu thập được cũng rất ít, khiến quy mô tái tạo của phương pháp này không cao. Ngoài ra, sau khi tiêm tế bào gốc tủy vào vị trí xương cần tái tạo, chúng cũng cần phải được tiêm thêm hóa chất thì mới có thể biến từ tế bào gốc thành tế bào xương.
Bây giờ, các nhà nghiên cứu RMIT đã đi theo một hướng tiếp cận mới. Họ sử dụng sóng âm thay cho hóa chất này, và thu thập các tế bào gốc trung mô từ chất béo, một hướng tiếp cận ít đau đớn và cho sản lượng tế bào gốc lớn hơn.
Sau khi tế bào gốc trung mô được thu thập, chúng sẽ được chiếu dưới một tín hiệu sóng âm 10 MHz. Chỉ cần trải qua 5 ngày, mỗi ngày chiếu sóng âm 10 phút, các tế bào này đã bắt đầu biệt hóa thành tế bào xương.
Thiết bị biệt hóa tế bào gốc trung mô thành tế bào xương: Nó có một bề mặt phản xạ sóng khối (SRBW) làm từ chất nền áp điện đơn tinh thể (LiNbO3 ). Khi cho một dòng điện chạy qua, thiết bị có thể tạo ra sóng âm ở tần số cộng hưởng (10 MHz). Sóng này chạy qua một lớp mỏng dầu silicon, tác dụng vào đĩa nuôi cấy có đáy thủy tinh chứa các tế bào gốc trung mô của con người. Toàn bộ quá trình đã biệt hóa tế bào gốc thành tế bào xương một cách hiệu quả.
"Sóng âm đã cắt giảm tới vài ngày trong thời gian điều trị cần thiết để tế bào gốc biến thành tế bào xương", Amy Gelmi, Phó Hiệu trưởng tại RMIT, thành viên nhóm nghiên cứu cho biết. "Phương pháp này cũng không yêu cầu bất kỳ loại thuốc 'kích thích xương' đặc biệt nào và rất dễ áp dụng cho các tế bào gốc".
Các mô tế bào sau kích thích có thể được tiêm trực tiếp vào vị trí chấn thương hoặc tại nơi xương bị tổn thương do bệnh tật. Tại đây, chúng sẽ tiếp tục quá trình biệt hóa của mình và chữa lành các vết thương cho bệnh nhân, phục hồi xương cho họ.
Leslie Yeo, kỹ sư hóa học trong nhóm RMIT cho biết thêm một ưu điểm của phương pháp này nằm ở mặt chi phí. "Thiết bị của chúng tôi rẻ và dễ sử dụng. Vì vậy chúng tôi có thể dễ dàng nâng cấp chúng và điều trị một lượng lớn tế bào cùng lúc. Đây là yếu tố quan trọng đối để một liệu pháp kỹ thuật mô trở nên hiệu quả", anh nói.
Kỹ thuật mô (Tissue Engineering) mà Yeo đề cập đến là một lĩnh vực khoa học mới nổi, nằm ở điểm giao thoa giữa nhiều lĩnh vực bao gồm kỹ thuật y sinh, liệu pháp tế bào, phương pháp vật liệu, các yếu tố hóa học và lý sinh như sử dụng sóng âm trong nghiên cứu này nhằm mục đích cải thiện, duy trì, hoặc khôi phục các mô sinh học bị tổn thương trên cơ thể.
Một lĩnh vực đặc biệt mà kỹ thuật mô nhắm tới ở đây là y học tái tạo, liên quan đến việc lắp ghép và nuôi cấy tế bào trên giá thể, là các giàn làm từ vật liệu sinh học tự tiêu sau khi mô bám vào, giúp phục hồi các tổn thương hoặc khiếm khuyết trên cơ thể bệnh nhân.
Phương pháp này đã được dùng để tạo ra thịt trong ống nghiệm , gan sinh học , tuyến tụy nhân tạo để cấy ghép cho người bệnh tiểu đường, sụn và mạch máu nhân tạo , da và tủy xương nhân tạo, các mô niêm mạc và thậm chí cả dương vật nhân tạo ...
Hình ảnh dưới kính hiển vi nhuộm màu cho thấy tế bào gốc đang biệt hóa thành tế bào xương (màu đỏ) và sản xuất ra collagen (màu xanh).
Bây giờ, với nghiên cứu mới này, các nhà khoa học tại RMIT đã tiếp tục đưa kỹ thuật mô tiến thêm một bước để tạo ra được các mô xương, không chỉ có khả năng thay thế mà còn có thể giúp bệnh nhân phục hồi phần xương đã mất của mình.
Bước tiếp theo của nghiên cứu này, họ dự định sẽ nâng cấp thiết bị của mình thành một lò phản ứng sinh học có khả năng tạo ra hàng loạt tế bào xương phát triển từ tế bào gốc trung mô thu thập từ chất béo.
"Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy phương pháp mới này rất có tiềm năng ứng dụng vào điều trị tế bào gốc. Chúng tôi có thể phủ những tế bào này lên thiết bị cấy ghép hoặc tiêm trực tiếp chúng vào cơ thể bệnh nhân để tạo ra mô xương mới cho họ", Gelmi cho biết.