Loại giàn mô này có sự cải tiến đáng kể so với tiêu chuẩn hiện hành về điều trị chấn thương xương, bao gồm ghép xương từ một bộ phận khác của cơ thể bệnh nhân, đây là qui trình đau đớn thường không cung cấp đủ xương. Bệnh nhân bị chấn thương xương nặng như người lính bị thương ở chiến trường; người khuyết tật xương bẩm sinh (ví dụ, rối loạn Craniomaxillofacial); và bệnh nhân cần tăng cường sự phát triển của xương trước khi cấy ghép mô nha khoa, có thể được hưởng lợi từ giàn mô mới.

Kích thích sự tăng trưởng của xương

Hai yếu tố quan trọng nhất kích thích tăng trưởng xương là yếu tố tăng trưởng có nguồn gốc tiểu huyết cầu (PDGF) và protein 2 tạo hình xương (BMP-2). Như một phần của đầu mối hàn gắn vết thương tự nhiên, PDGF là một trong những yếu tố đầu tiên được giải phóng ngay sau chấn thương xương như gãy xương. Sau khi PDGF xuất hiện, các yếu tố khác gồm BMP-2, giúp tạo môi trường phù hợp cho sự tái tạo xương bằng cách lựa chọn các tế bào sản sinh xương và hình thành một cấu trúc hỗ trợ, gồm có các mạch máu. 

Những nỗ lực điều trị chấn thương xương bằng các yếu tố tăng trưởng đã bị cản trở do  không có khả năng cung cấp các yếu tố này theo cách có kiểm soát. Khi khối lượng lớn các yếu tố tăng trưởng được cung cấp quá nhanh, chúng nhanh chóng bị loại bỏ khỏi vị trí được điều trị, do đó, đã làm giảm tác động đến sự phục hồi mô và còn có thể gây ra những tác dụng phụ không mong muốn.

Paula Hammond, một trong các tác giả nghiên cứu nói: "Bạn muốn các yếu tố tăng trưởng được giải phóng chậm ở mức nanogram hoặc microgram, mà không phải mức miligam. Bạn muốn lựa chọn các tế bào gốc trưởng thành trong tủy xương để cung cấp cho vị trí chấn thương và sau đó, tái tạo xương xung quanh giàn mô và bạn muốn hình thành một hệ thống mạch máu đi kèm với nó".

Quá trình này cần có thời gian, do đó, lý tưởng là các yếu tố tăng trưởng sẽ phải được giải phóng trong vài ngày hoặc vài tuần. Để làm được điều này, nhóm nghiên cứu tại Viện Công nghệ Massachusetts đã tạo ra một tấm giàn rất mỏng, xốp phủ các lớp PDGF và BMP. Sử dụng kỹ thuật lắp ráp theo lớp, các nhà khoa học lần đầu tiên đã phủ lên tấm giàn khoảng 40 lớp BMP-2; trên đó là 40 lớp PDGF. Điều này đã cho phép PDGF được giải phóng nhanh hơn, cùng với việc duy trì giải phóng BMP-2, mô phỏng các khía cạnh của việc hàn gắn tự nhiên.

Tấm giàn mô dày khoảng 0,1 mm; khi các lớp phủ yếu tố tăng trưởng được sử dụng, các giàn có thể được cắt từ tấm theo yêu cầu và kích thước phù hợp cho việc cấy ghép trong chấn thương hoặc khuyết tật xương.

Phục hồi hiệu quả

Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm giàn mô ở chuột bị khiếm khuyết hộp sọ lớn có đường kính 8 mm, không thể tự hàn gắn. Sau khi giàn mô được cấy ghép, các yếu tố tăng trưởng được giải phóng với tốc độ khác nhau. PDGF giải phóng trong vài ngày đầu sau cấy ghép, giúp khởi động mối hàn gắn vết thương và huy động các tiền tế bào khác đến vị trí tổn thương. Các tế bào này có nhiệm vụ tạo mô mới, bao gồm các mạch máu, cấu trúc mạch máu hỗ trợ và xương. 

BMP được giải phóng chậm hơn, kích thích một số tế bào chưa trưởng thành này trở thành nguyên bào xương sản sinh xương. Khi cả hai yếu tố tăng trưởng cùng được sử dụng, các tế bào này tạo ra một lớp xương, ngay 2 tuần sau khi phẫu thuật, mà không thể phân biệt với xương tự nhiên về sự xuất hiện và các tính chất cơ học của nó. 

Một ưu điểm nữa của phương pháp này là giàn mô phân hủy sinh học và tan biến trong cơ thể trong vài tuần. Vật liệu tạo giàn mô là loại polymer PLGA, được sử dụng phổ biến trong điều trị y tế và có thể được điều chỉnh để phân hủy với tốc độ riêng biệt, do đó, các nhà nghiên cứu có thể thiết kế giàn mô có thời gian sử dụng kéo dài ở mức cần thiết.

Nhóm nghiên cứu đã xin cấp sáng chế cho nghiên cứu mới và hiện đang đặt mục tiêu thử nghiệm hệ thống trên các động vật lớn hơn với hy vọng cuối cùng đưa vào các thử nghiệm lâm sàng.