Tóm tắt luận án Tiến sĩ Khoa học vật liệu: Nghiên cứu tổng hợp vật liệu mới trong cấy ghép và tái tạo xương trên cơ sở hydrogel composite sinh học gồm biphasic calcium phosphate và polymer sinh học (gelatin, chitosan)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO<br /> <br /> VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC<br /> VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM<br /> <br /> VIỆN KHOA HỌC VẬT LIỆU<br /> <br /> NGUYỄN THỊ PHƢƠNG<br /> <br /> NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU<br /> MỚI TRONG CẤY GHÉP VÀ TÁI TẠO<br /> XƢƠNG TRÊN CƠ SỞ HYDROGEL<br /> COMPOSITE SINH HỌC GỒM BIPHASIC<br /> CALCIUM PHOSPHATE VÀ POLYMER<br /> SINH HỌC (GELATIN, CHITOSAN)<br /> Chuyên ngành: VẬT LIỆU CAO PHÂN TỬ VÀ TỔ HỢP<br /> Mã số : 62440125<br /> <br /> TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH KHOA HỌC VẬT LIỆU<br /> <br /> TP.HCM-2015<br /> <br /> Công trình đƣợc hoàn thành tại:<br /> Phòng Vật liệu hóa dƣợc, Viện Khoa học vật liệu ứng dụng, Viện Hàn lâm Khoa học<br /> và Công nghệ Việt Nam<br /> <br /> Những ngƣời hƣớng dẫn khoa học:<br /> 1.<br /> <br /> PGS. TS. NGUYỄN CỬU KHOA<br /> <br /> 2.<br /> <br /> TS. TRẦN NGỌC QUYỂN<br /> <br /> Phản biện 1:<br /> Phản biện 2:<br /> Phản biện 3:<br /> <br /> Luận án sẽ đƣợc bảo vệ trƣớc Hội đồng chấm luận án cấp Viện tổ chức tại Viện Khoa<br /> học vật liệu ứng dụng, viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt nam vào hồi<br /> giờ<br /> <br /> ngày<br /> <br /> tháng năm 2015<br /> <br /> Có thể tìm hiểu luận án tại thƣ viện:<br /> Thƣ viện Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam<br /> <br /> Tóm tắt luận án tiến sĩ ngành khoa học vật liệu<br /> MỞ ĐẦU<br /> Vật liệu y sinh đã và đang đƣợc nghiên cứu mạnh mẽ để đáp ứng nhu cầu thay thế các<br /> bộ phận cơ thể, cấy ghép mô, xƣơng của con ngƣời, hứa hẹn cho việc chữa trị và tái tạo các<br /> mô và cơ quan bị mất hoặc bị tổn thƣơng do chấn thƣơng, bệnh tật hoặc lão hóa.<br /> Trong lĩnh vực vật liệu dùng cho xƣơng, nhiều loại vật liệu dùng trong cấy ghép và<br /> thay thế xƣơng đã phát triển đáng kể trong những thập kỷ qua nhƣ kim loại và hợp kim (titan,<br /> hợp kim của titan, thép không rỉ...). Những vật liệu này tuy tƣơng hợp sinh học nhƣng tính<br /> chất cơ lý của kim loại, hợp kim khác biệt nhiều so với xƣơng dẫn đến nguy cơ gãy xƣơng do<br /> kém tƣơng thích giữa phần xƣơng tiếp xúc với kim loại ghép.<br /> Vì vậy, các nhà khoa học trên thế giới hiện nay quan tâm đến vật liệu trên cơ sở<br /> Hydroxyapatite (HAp) và biphase calcium phosphate (BCP). HAp và BCP có tính tƣơng hợp<br /> sinh học, hoạt tính sinh học cao, và khả năng chữa lành xƣơng do thành phần tƣơng tự thành<br /> phần khoáng trong xƣơng. Mặt khác, HAp và BCP có thể từ từ hòa tan trong cơ thể giải<br /> phóng ion calcium và phosphate có lợi trong việc hình thành và phát triển xƣơng. Tuy nhiên<br /> HAp và BCP ở dạng bột nên khó tạo hình có thành phần, cấu trúc xốp tƣơng tự nhƣ xƣơng.<br /> Hydrogel composite trên cơ sở BCP và polymer sinh học có thành phần, cấu trúc xốp<br /> tƣơng tự xƣơng, tƣơng hợp sinh học, suy giảm sinh học và BCP thúc đẩy sự tạo khoáng, cải<br /> thiện tính chất cơ học của vật liệu. Nhƣng các vật liệu này suy giảm nhanh, chƣa phù hợp với<br /> sự phát triển của xƣơng.<br /> Để giải quyết vấn đề trên cần thiết phải biến tính các polymer sinh học nhằm giảm<br /> khối lƣợng suy giảm, hƣớng tới ứng dụng các vật liệu hydrogel composite này trong cấy ghép<br /> và tái tạo xƣơng.<br /> Trên cơ sở đó, chúng tôi đề xuất đề tài “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu mới trong cấy<br /> ghép và tái tạo xƣơng trên cơ sở hydrogel composite sinh học gồm biphasic calcium<br /> phosphate và polymer sinh học (gelatin, chitosan)”.<br /> Mục tiêu của luận án:<br /> Nghiên cứu tổng hợp vật liệu mới trên cơ sở hydrogel composite sinh học gồm<br /> biphasic calcium phosphate và polymer sinh học (gelatin, chitosan) nhằm mục đích tạo ra vật<br /> liệu có khả năng tƣơng hợp sinh học, kích thích sự phát triển xƣơng, có thời gian suy giảm<br /> phù hợp với thời gian xƣơng phát triển để có thể ứng dụng trong lĩnh vực cấy ghép và tái tạo<br /> xƣơng.<br /> Nội dung nghiên cứu luận án bao gồm:<br /> - Nghiên cứu tổng hợp nano BCP bằng phƣơng pháp kết tủa kết hợp sóng siêu âm<br /> ứng dụng trong vật liệu sinh y.<br /> <br /> Trang 3<br /> <br /> Tóm tắt luận án tiến sĩ ngành khoa học vật liệu<br /> - Nghiên cứu tổng hợp và xác định các tính chất của hydrogel tyramin gelatin (TAGelatin) và hydrogel composite TA-Gelatin/BCP.<br /> - Nghiên cứu tổng hợp và xác định các tính chất của hydrogel tyramin<br /> polyethyleneglycol gelatin (TA-PEG-Gelatin) và hydrogel composite TA-PEG-Gelatin/BCP.<br /> - Nghiên cứu tổng hợp và xác định các tính chất của hydrogel hydroxyphenyl acetic<br /> chitosan (HPA-Chitosan) và hydrogel composite HPA-Chitosan /BCP.<br /> - Nghiên cứu tổng hợp và xác định các tính chất của hydrogel tyramin tetronic<br /> chitosan (TA-TE-Chitosan) và hydrogel composite TA-TE-Chitosan/BCP.<br /> - Nghiên cứu tổng hợp và xác định các tính chất của hydrogel tyramin<br /> polyethyleneglycol<br /> <br /> chitosan<br /> <br /> (TA-PEG-Chitosan)<br /> <br /> và<br /> <br /> hydrogel<br /> <br /> composite<br /> <br /> TA-PEG-<br /> <br /> Chitosan/BCP.<br /> - Nghiên cứu tổng hợp và xác định các tính chất của hydrogel tyramin<br /> polyethyleneglycol chitosan oxi hóa (TA-PEG-Chitosan oxi hóa) và hydrogel composite TAPEG-Chitosan oxi hóa /BCP.<br /> Ý nghĩa khoa học của luận án:<br /> Kết quả nghiên cứu của luận án cho thấy một số kết luận có ý nghĩa khoa học sau:<br /> -<br /> <br /> Kết hợp sóng siêu âm trong quá trình tổng hợp BCP sẽ tạo thành các hạt kích<br /> <br /> thƣớc nano và đồng đều hơn so với không sử dụng sóng siêu âm. BCP and HAp obtained by<br /> untrasound assisted process<br /> <br /> -<br /> <br /> Để polymer sinh học tạo đƣợc hydrogel, cần thiết phải biến tính chúng với các<br /> <br /> phân tử hữu cơ đa nhóm chức (nhƣ TA, HPA,...) và tạo liên kết ngang bằng các hệ xúc tác<br /> enzyme nhƣ H2O2/HRP. Bằng các lƣợng H2O2 và HRP khác nhau có thể điều chỉnh đƣợc thời<br /> gian gel hóa.<br /> -<br /> <br /> Các hydrogel và hydrogel composite của polymer sinh học (gelatin, gelatin<br /> <br /> biến tính, chitosan và chitosan biến tính) với BCP đều không độc và đều có tính tƣơng hợp<br /> sinh học tốt với tế bào xƣơng MG-63.<br /> -<br /> <br /> Khối lƣợng suy giảm của polymer sinh học (gelatin và chitosan) đƣợc giảm<br /> <br /> xuống sao cho phù hợp với quá trình ghép và tái tạo xƣơng bằng cách biến tính các polymer<br /> sinh học trên với các hợp chất hữu cơ khác nhau nhƣ PEG, Te,...<br /> -<br /> <br /> Hydrogel composite gelatin biến tính và chitosan biến tính với BCP có khả<br /> <br /> năng tạo khoáng tốt hơn hẳn hydrogel tƣơng ứng và rất có triển vọng ứng dụng trong lĩnh vực<br /> ghép và tái tạo xƣơng.<br /> <br /> Trang 4<br /> <br /> Tóm tắt luận án tiến sĩ ngành khoa học vật liệu<br /> Bố cục của luận án:<br /> Luận án có 159 trang với 14 bảng, 85 hình. Ngoài phần mở đầu (3 trang), kết luận (23<br /> trang), danh mục các công trình công bố (2 trang) và tài liệu tham khảo (20 trang) luận án<br /> đƣợc chia thành 3 chƣơng nhƣ sau:<br /> Chƣơng 1: Tổng quan 38 trang<br /> Chƣơng 2: Thực nghiệm 20 trang<br /> Chƣơng 3: Kết quả và biện luận 68 trang<br /> Đóng góp mới của luận án:<br /> 1.<br /> <br /> Đã nghiên cứu tổng hợp thành công BCP với các tỷ lệ HAp:-TCP khác nhau<br /> <br /> (1,53; 1,57; 1,61) tại pH khác nhau (7; 9; 11) bằng phƣơng pháp kết tủa kết hợp sóng siêu âm.<br /> Sản phẩm thu đƣợc có kích thƣớc nano và đồng đều hơn so với phƣơng pháp kết tủa không<br /> kết hợp với sóng siêu âm.<br /> 2.<br /> <br /> Đã nghiên cứu tổng hợp và xác định tính chất của hydrogel TA-Gelatin, HPA-<br /> <br /> Chitosan và hydrogel composite TA-Gelatin/BCP, HPA-Chitosan/BCP. Kết quả cho thấy cả<br /> hydrogel và hydrogel composite có khối lƣợng suy giảm quá nhanh không phù hợp cho ghép<br /> và tái tạo xƣơng.<br /> 3.<br /> <br /> Đã nghiên cứu tổng hợp và xác định tính chất của hydrogel TA-PEG-Gelatin,<br /> <br /> TA-TE-Chitosan, TA-PEG-Chitosan , TA-PEG-Chitosan oxi hóa và hydrogel composite TAPEG-Gelatin/BCP, TA-TE-Chitosan/BCP, TA-PEG-Chitosan/BCP , TA-PEG-Chitosan oxi<br /> hóa/BCP. Kết quả cho thấy hydrogel và hydrogel composite với hệ xúc tác H2O2/HRP có thời<br /> gian gel hóa nhanh, có cấu trúc xốp phù hợp cho xƣơng, không độc với tế bào xƣơng MG-63,<br /> tƣơng hợp sinh học tốt, khối lƣợng suy giảm phù hợp cho ghép và tái tạo xƣơng, tuy nhiên chỉ<br /> có hydrogel composite có khả năng kích thích và tạo mầm tinh thể HAp trên bề mặt. Do đó<br /> chỉ có hydrogel composite phù hợp cho ghép và tái tạo xƣơng.<br /> Phƣơng pháp nghiên cứu:<br /> Sử dụng phƣơng pháp mới trong tổng hợp nano BCP là phƣơng pháp kết tủa kết hợp<br /> sóng siêu âm tổng hợp hạt nano BCP ứng dụng trong vật liệu sinh y.<br /> Sử dụng phƣơng pháp phổ nhiễu xạ tia X, phổ hồng ngoại để phân tích cấu trúc của<br /> sản phẩm<br /> Sử dụng kính hiển vi điện tử quét SEM để đánh giá hình thái của sản phẩm.<br /> Sử dụng các phƣơng pháp biến tính vật liệu sinh học hiện đại và kỹ thuật dùng màng<br /> thẩm tách để điều chế các polymer.<br /> Sử dụng các phƣơng pháp phân tích cấu trúc và đánh giá độ chuyển hoá của quá trình<br /> biến tính các polymer nhƣ : 1H NMR, UV-Vis.<br /> <br /> Trang 5<br /> <br />