Các nghiên cứu với tế bào xương và ‘‘In vivo’’ trên động vật sẽ được thực hiện nhằm sử dụng thủy tinh này như một vật liệu xương nhân tạo. Tác giả của công trình nghiên cứu này là Bùi Xuân Vương, Phạm Ngọc Hải, Nguyễn Thị Bích Hạnh, Trường ĐH Tôn Đức Thắng, Tạ Anh Tuấn, Trường ĐH sư phạm Hà nội.

Loại vật liệu thay thế hoặc thực hiện một chức năng sống của cơ thể con người

Các vật liệu y sinh đã trở nên thân thuộc trong đời sống của con người như: da nhân tạo, van tim nhân tạo, các loại chỉ khâu trong y học, răng giả, chân tay giả, mạch máu nhân tạo, các vật liệu trám răng, vật liệu xương nhân tạo dùng trong phẫu thuật chỉnh hình.

Có thể hiểu “Vật liệu y sinh là loại vật liệu có nguồn gốc tự nhiên hay nhân tạo, sử dụng để thay thế hoặc thực hiện một chức năng sống của cơ thể con người”. Nhà bác học L.L. Hench là một trong những nhà khoa học đầu tiên nghiên cứu về vật liệu y sinh. Ông chia vật liệu y sinh thành hai loại chính là vật liệu hoạt tính sinh học và vật liệu trơ sinh học . Vật liệu hoạt tính sinh học là loại vật liệu khi cấy ghép trong cơ thể con người sẽ xảy ra các tương tác hóa học giữa vật liệu với môi trường sống. Vật liệu trơ sinh học là vật liệu khi đưa vào cơ thể con người chúng không có bất cứ một tương tác hóa học nào.

Có rất nhiều loại vật liệu y sinh khác nhau, riêng nhóm vật liệu y sinh sử dụng như vật liệu xương nhân tạo có thể kể đến như: các vật liệu calcium phosphate, vật liệu thủy tinh hoạt tính sinh học, xi măng y sinh, kim loại trơ như Ti, Ni. Trong các vật liệu y sinh dùng để cấy ghép xương, thủy tinh hoạt tính sinh học được khám phá đầu tiên bởi L.L. Hench năm 1969. Hoạt tính sinh học của các vật liệu thủy tinh chính là khả năng hình thành một lớp khoáng Hydroxyapatite (HA) mới trên bề mặt khi chúng được ngâm trong dung dịch sinh lý người SBF hoặc cấy ghép trực tiếp trong cơ thể. Lớp khoáng HA giống với thành phần vô cơ của xương người, do vậy nó chính là cầu nối gắn kết giữa miếng ghép từ vật liệu thủy tinh và xương tự nhiên.

Vật liệu xương nhân tạo cho con người

Trong nghiên cứu này, bột thủy tinh tổng hợp bằng phương pháp sol-gel được tiến hành thực nghiệm “in vitro” để kiểm tra xem có đạt yêu cầu của một vật liệu y sinh trước khi dùng cấy ghép trong cơ thể sống “in vivo”. Đây là một thực nghịêm nhanh và đơn giản, nhằm thực hiện quá trình hoặc một phản ứng trong ống nghiệm, trong đĩa nuôi cấy ở bên ngoài cơ thể sống. Thực nghiệm ‘‘in vitro’’ được tiến hành bằng cách ngâm bột vật liệu trong dung dịch mô phỏng dịch thể người SBF (Simulated Body Fluid) để khảo sát khả năng hình thành khoáng xương mới sau ngâm.

Thời gian ngâm và tỷ lệ ngâm dựa theo các công bố quốc tế về quy chuẩn cho thực nghiệm “In Vitro”. Dung dịch SBF là dung dịch có thành phần các ion tương tự như máu trong cơ thể người.

Kết quả chụp nhiễu xạ tia X khẳng định sự thành công về mặt cấu trúc của vật liệu thủy tinh hoạt tính sinh học tổng hợp bằng phương pháp sol - gel. Sau khi ngâm 2, 5 và 10 ngày trong dung dịch SBF, nhóm nghiên cứu nhận thấy sự thay đổi rõ ràng trên nhiễu xạ đồ của vật liệu so với trước khi ngâm qua sự xuất hiện các pic rõ nét đặc trưng cho một vật liệu cấu trúc mạng tinh thể. Các pic đó được xác định là các pic đặc trưng cho vật liệu Hydroxyapatite (HA) qua phổ chuẩn của nó.

Sau 2 và đặc biệt là 10 ngày ngâm trong dung dịch SBF, bề mặt thủy tinh cũng thể hiện sự thay đổi rõ nét như quan sát trong tập hợp các ảnh SEM. Các tinh thể li ti bao phủ toàn bộ bề mặt thủy tinh. Kết hợp với các phân tích bằng phương pháp nhiễu xạ tia X ở trên, lớp tinh thể mới được hình thành này chính là lớp khoáng Hydroxyapatite (HA) hình thành trên bề mặt thủy tinh sau thực nghiệm “in vitro” ngâm bột vật liệu trong dung dịch SBF. Các kết quả SEM kết hợp với các phân tích pha bằng phương pháp nhiễu xạ tia X khẳng định hoạt tính sinh học của vật liệu thủy tinh qua việc hình thành một lớp khoáng xương mới. Vật liệu thủy tinh này hoàn toàn có thể sử dụng trong các nghiên cứu tiếp theo để sử dụng như một vật liệu xương nhân tạo cho con người.

Như vậy, vật liệu thủy tinh hoạt tính sinh học 58SiO2 - 33CaO - 9P2O5 (% theo khối lượng) đã được nhóm nghiên cứu tổng hợp bằng phương pháp sol - gel. Hoạt tính sinh học của vật liệu tổng hợp được kiểm tra và đánh giá bằng thực nghiệm “in vitro”, các mẫu bột vật liệu được ngâm trong dung dịch giả dịch thể người SBF. XRD và SEM là hai phương pháp được sử dụng để đặc trưng lý hóa vật liệu trước và sau thực nghiệm “in vitro”. Kết quả đạt được khẳng định hoạt tính sinh học của vật liệu qua sự hình thành một lớp khoáng Hydroxyapatite (HA) mới trên bề mặt vật liệu sau ngâm. Lớp khoáng HA này chính là thành phần vô cơ trong xương người, nó như cầu nối gắn liền miếng ghép vật liệu nhân tạo với xương tự nhiên, qua đó xương hỏng được tu sửa và làm đầy.