Theo thông tin từ Đại học Liên bang miền Nam Nga, vấn đề then chốt trong việc cấy ghép xương và răng là khả năng tích hợp của bộ phận giả-implant với cơ thể con người. Để giải quyết nhiệm vụ này, có lựa chọn sử dụng sự hỗ trợ của brushit – khoáng chất phốt phát – để tạo ra các implant không chỉ tương thích về sinh học mà còn có thể chuyển hoá thành hydroxyapatit, là vật liệu tự nhiên cấu thành xương và răng của người.
Các nhà khoa học Nga đã tìm ra cách thức điều khiển quá trình chuyển đổi brushit thành hydroxyapatit bằng cách kết hợp hai loại phụ gia.
“Chúng tôi phát hiện ra hiệu ứng cộng hưởng tương hỗ giữa canxi cacbonat và protein. Khi kết hợp với nhau, chúng hoạt động như một chất xúc tác, khiến các hạt brushit tan ra và đồng thời hình thành những tinh thể hydroxyapatit bền vững, giống hệt như trong tự nhiên”, bà Elizaveta Mukhanova Trưởng phòng Thí nghiệm Khoa học tại Viện Nghiên cứu Vật liệu và Kỹ thuật của Đại học Liên bang miền Nam Nga cho biết.
Các chuyên gia giải thích hiện tượng này thông qua hiệu ứng Rehbinder, là quá trình mà trong đó các chất hoạt tính làm thay đổi độ bền của vật rắn khi bao phủ bề mặt của chúng. Nhờ đó, không chỉ giúp vết thương mau lành hơn mà còn kiểm soát được hình dạng và kích thước của những tinh thể mới, là yếu tố quan trọng then chốt quyết định độ bền của cấu trúc xương sau này.
“Hydroxyapatit hiện đã được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực chế tạo các bộ phận giả, nhưng vật liệu siêu bền-composite trong đó vẫn tồn tại hang loạt nhược điểm kỹ thuật. Phương pháp của chúng tôi sử dụng phốt phát hoạt tính hơn, có khả năng biến thành hydroxyapatit sau khi được cấy ghép, giúp tăng hiệu quả đáng kể”, bà Mukhanova cho biết thêm.
Theo lời bà, có thể ứng dụng kết quả nghiên cứu thu được để sang chế những vật liệu mới trong khâu chỉnh hình và nha khoa. Trên cơ sở những dữ liệu này, có thể thiết kế những vật liệu sinh học “thông minh”, có khả năng tự thích nghi với đặc điểm và nhu cầu của từng cơ thể người cụ thể.
“Mặc dù trong tài liệu khoa học đã có những nghiên cứu về điều kiện chuyển hóa brushit thành hydroxyapatit, nhưng điểm nổi bật trong công trình của chúng tôi là sử dụng đồng thời hai loại phụ gia và phân tích hiệu ứng hiệp lực giữa chúng. Chúng tôi không chỉ phát hiện được điều này mà còn giải thích cơ chế tác động qua hiệu ứng Rehbinder”, bà Mukhanova nói.
Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng hỗn hợp hiệu quả nhất là hỗn hợp có chứa albumin trứng – một loại protein – mà như xác nhận của các nhà khoa học, nó giúp quá trình chuyển đổi sang “vật liệu xương” diễn ra nhanh chóng hơn. Khi “miếng trám” này tiếp xúc với dung dịch giống máu hoặc nước bọt, các hạt brushit từ từ tan ra và thay vào đó là tinh thể hydroxyapatit mới, bền chắc hơn được hình thành.
Các mẫu composite được chế xuất dưới dạng như “bột nhão”. Chu trình chuyển hóa các thành phần trong “bột nhão” này được nghiên cứu trong ba loại dung môi: nước, dung dịch sinh lý và dung dịch mô phỏng dịch ngoại bào theo thành phần khoáng. Để nghiên cứu mẫu đã tiến hành phương pháp phân tích nhiễu xạ tia X (XRD) và hiển vi điện tử quét (SEM).
Trong giai đoạn tiếp theo, nhiệm vụ đặt ra trước các nhà khoa học là thử nghiệm những vật liệu thu được để đánh giá định lượng về hiệu quả, độ an toàn và khả năng ứng dụng trong y học cá nhân hóa.