Hai nhà khoa học Bách khoa Hà Nội chế tạo màng đắp y sinh

Hai nhà khoa học Trường Đại học Bách khoa Hà Nội: PGS. Phạm Hùng Vượng - Viện ITIMS, Chủ nhiệm đề tài - phối hợp cùng TS. Nguyễn Trường Giang - Viện Công nghệ sinh học và Công nghệ thực phẩm - đã nghiên cứu chế tạo thành công màng đắp y sinh định hướng ứng dụng cho điều trị vết thương hở sử dụng vật liệu tổ hợp Polyethylene glycol-Chitosan- nano Ag.

1 tên trúng 2 đích!

Đối với các vết thương hở, viêm nhiễm là một trong những nguyên nhân chính kìm hãm quá trình lành vết thương của bệnh nhân khi được chỉ định sử dụng màng đắp y sinh. 

Polyethylene glycol (PEG) là một loại vật liệu bio polyme rất thân thiện với cơ thể sống, mô của cơ thể, có nhiều tiềm năng sử dụng để chế tạo màng màng đắp y sinh giúp cho quá trình hồi phục các tổn thương hở được tiến triển thuận lợi.

Tuy nhiên tính chất cơ học của PEG không cao, do đó, nhóm nghiên cứu đã kết hợp PEG với hạt nano bạc (Ag) - một chất có hoạt tính kháng khuẩn tốt - để tăng hiệu quả kìm hãm các viêm nhiễm của các màng đắp y sinh. Sử dụng hạt nano Ag có độ phân tán cao như là các chốt chặn vừa đáp ứng yêu cầu kháng khuẩn, kìm hãm viêm nhiễm vừa là những hạt gia cường tăng độ bền cơ học của màng y sinh. Có thể nói, thành công này mang hiệu ứng 1 mũi tên trúng 2 đích!

Thách thức của nghiên cứu là phải chế tạo làm sao để hạt nano Ag phân bố đều trong không gian của màng đắp nhằm tăng độ bền cơ học cũng như hiệu quả kháng khuẩn của màng.  Nhóm nghiên cứu đã sử dụng Chitosan – vật liệu bio polymer có tính tương thích sinh học và có tính khử để chuyển hóa hợp chất của kim loại Ag về dạng hạt nano Ag có độ phân tán và mức độ đồng đều kích thước cao. 

Với kinh nghiệm của người nghiên cứu lĩnh vực vật liệu y sinh hơn 10 năm, PGS. Vượng thấy chắc chắn hướng nghiên cứu anh và cộng sự đang theo đuổi sẽ cho ra một vật liệu y sinh tốt. Hỗn hợp vật liệu khi được phủ lên một bề mặt bất kỳ đều tạo thành một “màng” thực sự, đáp ứng các yêu cầu về độ bền cơ học, có độ linh động, và mềm dẻo cao. Màng đắp cũng có cấu trúc xốp, độ nhám cao do đó rất thuận lợi cho các tế bào y sinh bám, sinh trưởng và tái tạo.

“Hạt nano Ag tích hợp và phân bố đồng đều trong tổ chức màng nên có hiệu quả kháng khuẩn cao, không bị suy giảm tính năng theo thời gian”. - PGS. Vượng hào hứng chia sẻ. 

Cấu trúc vi mô của màng đắp y sinh Polyethylene glycol-Chitosan- Nano Ag.

Điều nhóm nghiên cứu hài lòng nhất là đã chế tạo được vật liệu tổ hợp có độ đồng đều về tổ chức và độ phân tán hạt nano Ag cao. Khi đáp ứng được yêu cầu này, màng đắp y sinh có tính kháng với khá nhiều chủng khuẩn.

Được biết, nhóm đề tài đã nghiên cứu thử nghiệm màng đắp y sinh với 4 loại khuẩn khác nhau và đều cho hiệu quả kháng khuẩn rất tốt. Khảo sát ban đầu cho thấy màng đắp y sinh chế tạo có tính kháng khuẩn cao với các chủng gram âm (Enterobacter aerogenes, Escherichia coli) và gram dương (Listeria monocytogenes, Staphylococcus epidermidis). 

Thực tế, các vật liệu cơ sở được sử dụng để chế tạo màng đắp y sinh không mới, đều mang tính truyền thống, nhưng nhóm nghiên cứu của PGS. Phạm Hùng Vượng là những nhà khoa học đã tổ hợp thành công 3 vật liệu thành phần: PEG, Chitosan và hạt nano Ag bạc để chế tạo ra màng đắp y sinh có sự phân tán hạt nano Ag cao, diện tích tiếp xúc lớn, hiệu quả kháng khuẩn tốt và từ đó tăng hiệu quà sử dụng của màng đắp trong y sinh.

“Đây là nghiên cứu ban đầu, mang tính khai phá, đặt nền móng cho những nghiên cứu sâu hơn, đặc biệt về tính sinh học” – PGS. Phạm Hùng Vượng cho biết. 

Tính mới của nghiên cứu này đã được hội đồng biên tập và chuyên gia phản biện quốc tế công nhận khi công trình bài báo khoa học của nhóm đã được đăng tải trên tạp chí khoa học quốc tế thuộc nhóm SCIE. 

PGS. Phạm Hùng Vượng và TS. Nguyễn Trường Giang hướng dẫn sinh viên thực hành thí nghiệm

Nghiên cứu đón đầu thiết bị!

Đề tài nghiên cứu của nhóm PGS. Phạm Hùng Vượng nằm trong dự án hỗ trợ SAHEP – Dự án nâng cao chất lượng giáo dục đại học của Ngân hàng Thế giới. Không chỉ tài trợ kinh phí nghiên cứu, SAHEP còn hỗ trợ các giảng viên, sinh viên Trường Đại học Bách khoa Hà Nội nâng cấp cơ sở vật chất, trang thiết bị nghiên cứu, xây dựng phòng thí nghiệm...

PGS. Phạm Hùng Vượng cho biết anh và TS. Nguyễn Trường Giang nghiên cứu đề tài màng đắp y sinh một phần để đón đầu các thiết bị Phòng thí nghiệm Vật liệu Y sinh thuộc dự án SAHEP sắp được lắp đặt và triển khai tại Trường trong thời gian tới.  “Khi hệ thiết bị dự án SAHEP về, chúng tôi sẽ kiểm nghiệm các tính chất màng đắp y sinh ở mức chuyên sâu và phức tạp hơn, đặc biệt là tính tương thích sinh học” – PGS. Vượng khẳng định. 

Là người chắp bút, thiết kế, và hoạch định hướng nghiên cứu xây dựng Phòng thí nghiệm Vật liệu Y sinh, PGS. Vượng và các cộng sự của phòng thí nghiệm đã chuẩn bị sẵn các kỹ thuật để khi các thiết bị SAHEP về, nhóm nghiên cứu sẽ sử dụng các thiết bị được trang bị để thử nghiệm tính tương thích sinh học của màng đắp y sinh đối với tế bào sống – những tế bào nuôi cấy ở PTN. 

Với những thiết bị hỗ trợ nghiên cứu của SAHEP, các nhà khoa học nghiên cứu lĩnh vực y sinh Trường Đại học Bách khoa Hà Nội sẽ được trang bị Hệ kính hiển vi laze quét hội tụ đồng tiêu, đây là thiết bị hiện đại, chuyên sâu cho phép quan sát và nghiên cứu các tổ chức nội bào phức tạp khác nhau ở cấp độ vi mô thông qua kỹ thuật nhuộm màu huỳnh quang.

Bằng kỹ thuật này các tổ chức khác nhau của tế bào có thể được hiện thị trên cùng một bức ảnh do đó hỗ trợ rất nhiều trong nghiên cứu chuyên sâu về cấu trúc tế bào và tính tương thích sinh học của vật liệu ở quy mô phòng thí nghiệm. 

Ngoài ra một số các phép thử nghiệm khác như tính tăng sinh, biệt hóa tế bào cũng là những thử nghiệm sẽ được thực hiện khi các thiết bị của phòng thí nghiệm y sinh đi vào hoạt động. 

Hiện tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, những công đoạn liên quan đến nghiên cứu vật liệu y sinh như nghiên cứu của PGS. Phạm Hùng Vượng và TS. Nguyễn Trường Giang được thực hiện trên cơ sở các trang thiết bị hiện có tại Viện ITIMS và tại Trường, về cơ bản có thể đáp ứng các yêu cầu về chế tạo vật liệu và thử nghiệm một số các tính chất cơ bản. Tuy nhiên, Trường chưa có thiết bị kiểm tra tính tương thích sinh học đặc biệt ở mức độ tế bào. Sắp tới, khi các thiết bị này về, nhiều đề tài khoa học, hướng nghiên cứu sẽ được chuyên sâu, mở rộng hơn, tăng chất lượng, mức độ khoa học của nghiên cứu hơn nữa. 

Thành quả nghiên cứu, chế tạo màng đắp y sinh của nhóm nghiên cứu PGS. Phạm Hùng Vượng, khi có trang thiết bị chuyên dụng, tiến độ kiểm nghiệm, thử nghiệm, thực nghiệm… sẽ được đẩy nhanh hơn, sớm ứng dụng kết quả nghiên cứu vào thực tế.

Như chia sẻ của PGS. Vượng về tương lai đề tài nghiên cứu của nhóm mình: “Để nghiên cứu y sinh ứng dụng vào thực tế cần trải qua nhiều công đoạn, đặc biệt là công đoạn đánh giá và thử nghiệm. Đề tài chỉ là phần đầu của công đoạn chế tạo ra vật liệu và thử nghiệm bước đầu các tính chất của vật liệu y sinh. Tiếp theo, khi các thiết bị của Phòng thí nghiệm Vật liệu Y sinh được trang bị, chúng tôi sẽ kiểm tra tính tương thích tế bào ở quy mô Phòng thí nghiệm và một loạt các thử nghiệm khác để đánh giá toàn diện các tính chất của màng cho mục đích y sinh”. 

Với đam mê NCKH cháy bỏng của các nhà nghiên cứu cùng cú hích về trang thiết bị hỗ trợ từ dự án SAHEP, hy vọng thành quả màng đắp y sinh của hai nhà khoa học Trường Đại học Bách khoa Hà Nội sẽ sớm được sử dụng rộng rãi. 

Gia Hân. Ảnh: NVCC