Nếu có đủ thời gian và năng lượng, cơ thể sẽ lành lại, nhưng khi các bác sĩ hoặc kỹ sư can thiệp, các quá trình không phải lúc nào cũng diễn ra theo kế hoạch vì các hóa chất kiểm soát và tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình chữa lành bị thiếu. Giờ đây, một nhóm kỹ sư quốc tế đang in xương sinh học cùng với hai gen mã hóa yếu tố tăng trưởng giúp kết hợp các tế bào và chữa lành các khiếm khuyết trong hộp sọ của chuột.
>> Tham khảo: Kỹ thuật chế tạo dây nano mới lạ mở đường cho điện tử học spin thế hệ tiếp theo.
Ibrahim T. Ozbolat, phó giáo sư khoa học kỹ thuật và cơ học cho biết: “Các yếu tố tăng trưởng rất cần thiết cho sự phát triển của tế bào. “Chúng tôi sử dụng hai gen khác nhau mã hóa hai yếu tố tăng trưởng khác nhau. Những yếu tố tăng trưởng này giúp các tế bào gốc di chuyển vào vùng khiếm khuyết và sau đó giúp các tế bào tiền thân chuyển đổi thành xương.”
Các nhà nghiên cứu đã sử dụng gen mã hóa PDGF-B, yếu tố tăng trưởng có nguồn gốc tiểu cầu, khuyến khích các tế bào nhân lên và di chuyển, và gen mã hóa BMP-2, protein hình thái xương, giúp cải thiện quá trình tái tạo xương. Họ đã cung cấp cả hai gen bằng cách sử dụng in sinh học.
Các nhà nghiên cứu cho biết trên tạp chí Vật liệu sinh học: “Chúng tôi đã sử dụng phương pháp giải phóng plasmid đồng phân phối có kiểm soát từ ma trận được kích hoạt gen để thúc đẩy quá trình sửa chữa xương”.
>> Tham khảo: Đại dịch khiến mức tiêu thụ năng lượng của Mỹ năm 2020 giảm 7,5%.
Ozbolat và nhóm của ông đã nhúng DNA của protein vào plasmid – các vòng DNA dạng vòng có thể vận chuyển thông tin di truyền. Khi DNA đi vào tế bào tiền thân, nó bắt đầu tạo ra các protein thích hợp để tăng cường sự phát triển của xương.
Hai gen này được in trong quá trình phẫu thuật lên một lỗ trên hộp sọ của một con chuột bằng một thiết bị rất giống với máy in phun mực. Hỗn hợp này được tạo ra để giải phóng một loạt gen mã hóa PDGF-B trong 10 ngày và giải phóng liên tục gen mã hóa BMP-2 trong 5 tuần.
Những con chuột nhận được gen in sinh học với sự giải phóng có kiểm soát của gen mã hóa BMP-2 đã tạo ra khoảng 40% mô xương và 90% độ bao phủ xương trong sáu tuần so với 10% mô xương mới và 25% độ bao phủ xương đối với những con chuột có cùng khiếm khuyết, nhưng không điều trị.
>> Tham khảo: Các nhà nghiên cứu tạo ra môi trường cho san hô nuôi trong bể cá.
Ozbolat cho biết: “Phương pháp này tốt hơn là chỉ đơn giản là loại bỏ các yếu tố tăng trưởng. “Nếu chúng tôi làm vậy, số lượng protein là hữu hạn, nhưng nếu chúng tôi sử dụng liệu pháp gen, các tế bào sẽ tiếp tục tạo ra các yếu tố tăng trưởng cần thiết.”
Làm việc với Ozbolat từ Penn State là Kazim K. Moncal, nghiên cứu sinh về khoa học kỹ thuật và cơ khí; Gregory S. Lewis, trợ lý giáo sư và Hwabok Wee, nghiên cứu sinh sau tiến sĩ về chỉnh hình và phục hồi chức năng; Kevin P. Godzik, cử nhân kỹ thuật y sinh: và Elias Rizk, phó giáo sư phẫu thuật thần kinh.
Những người khác đóng góp cho nghiên cứu bao gồm R. Seda Tigli Aydin, cựu nghiên cứu sinh sau tiến sĩ của Penn State hiện tại Đại học Bulen Ecevit, Thổ Nhĩ Kỳ; Dong N. Heo, cựu nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại Penn State, hiện làm việc tại Đại học Kyung Hee, Hàn Quốc; và Timothy M. Acri, cựu nhà nghiên cứu sau đại học, và Aliasger K. Salem, Lyle và Sharon Bighley Chủ tịch & Giáo sư về Khoa học Dược phẩm, Đại học Iowa.
>> Tham khảo: Các nhà khoa học tìm ra cách biến đổi vi khuẩn để dễ dàng sản xuất thuốc.
Nhóm Quốc tế về Cấy ghép, Viện Y tế Quốc gia, Quỹ Khoa học Quốc gia, Quỹ Xương khớp và Hội đồng Nghiên cứu Khoa học và Công nghệ của Thổ Nhĩ Kỳ đã hỗ trợ công việc này.
