Trang Scitech Daily, dẫn bài viết trên trang web của Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) cho biết, lấy cảm hứng từ những loại chỉ khâu, được phát triển từ hàng nghìn năm trước, các kỹ sư của MIT đã thiết kế loại chỉ khâu y tế “thông minh”, không chỉ có thể giữ mô tại vị trí mà còn phát hiện tình trạng viêm và giải phóng thuốc.

Chỉ khâu mới có nguồn gốc từ mô động vật, tương tự như chỉ khâu “catgut” được người La Mã cổ đại sử dụng lần đầu tiên. Theo phương hướng hiện đại, nhóm nghiên cứu MIT đã bọc những chỉ khâu này bằng hydrogel, có thể được nhúng các cảm biến, thuốc hoặc thậm chí là những tế bào giải phóng các phân tử trị liệu.

“Những gì chúng tôi phát triển là một loại chỉ khâu có nguồn gốc sinh học, được sửa đổi bằng lớp phủ hydrogel có khả năng trở thành nguồn dự trữ cảm biến viêm hoặc cho các loại thuốc như kháng thể đơn dòng để điều trị viêm. Đáng chú ý, lớp phủ cũng có khả năng giữ những tế bào gốc tồn tại trong thời gian dài,” Giovanni Traverso, PGS kỹ thuật cơ khí tại MIT, bác sĩ chuyên khoa tiêu hóa tại Bệnh viện Brigham and Women, tác giả chính của nghiên cứu cho biết.

Các nhà nghiên cứu cho rằng, những mũi khâu bằng chỉ này có thể giúp bệnh nhân mắc bệnh viêm ruột Crohn nhanh lành lại sau ca phẫu thuật cắt bỏ một phần ruột. Nhóm kỹ sư MIT nhận định, những chỉ khâu này cũng có thể được điều chỉnh để sử dụng để làm lành vết thương hoặc vết mổ phẫu thuật ở những vị trí khác trong cơ thể.

Cựu nghiên cứu sinh TS của MIT Jung Seung Lee và Hyunjoon Kim là tác giả chính của bài báo khoa học về chỉ khâu y tế không tế bào, được xuất bản gần đây trên tạp chí Matter.

Lấy cảm hứng từ catgut

Chỉ khâu Catgut, được làm từ các sợi collagen tinh khiết từ bò, cừu hoặc dê tạo thành các nút thắt chắc chắn tự tiêu trong vòng khoảng 90 ngày. Mặc dù chỉ khâu tự tiêu tổng hợp đã có sẵn, catgut vẫn được sử dụng trong nhiều loại phẫu thuật.

PGS Traverso và các nhà khoa học đồng nghiệp đã phát triển loại chỉ khâu có nguồn gốc từ mô này, tạo ra loại vật liệu bền và có thể hấp thụ được, đồng thời có những chức năng tiên tiến như cảm biến viêm nhiễm và phân phối.

Loại chỉ khâu y tế này đặc biệt có ích cho những bệnh nhân mắc bệnh Crohn, cần phải cắt bỏ một phần ruột bị tắc nghẽn do vết sẹo hoặc viêm quá nặng. Quy trình điều trị yêu cầu khâu hai đầu ruột sau khi cắt bỏ một đoạn. Nếu nếu vị trí nối không được giữ chặt, vết mổ có thể dẫn đến rò rỉ, gây nguy hiểm cho tính mệnh bệnh nhân.

Để giảm thiểu rủi ro này, nhóm kỹ sư MIT đặt mục tiêu thiết kế một loại chỉ khâu không chỉ giữ mô ở đúng vị trí mà còn phát hiện tình trạng viêm, một dấu hiệu cảnh báo sớm cho biết, ruột được khâu lại không lành và bị viêm nhiễm.

Nhóm nhà nghiên cứu đã chế tạo chỉ khâu mới từ mô lợn, “khử tế bào” bằng chất tẩy rửa để giảm khả năng gây viêm trong mô chủ. Quá trình này để lại một vật liệu không có tế bào, được gọi là “De-gut”, chứa những protein cấu trúc như collagen và những phân tử sinh học khác. được tìm thấy trong ma trận ngoại bào bao quanh các tế bào.

Sau khi khử nước mô và xoắn thành sợi, các nhà nghiên cứu đánh giá độ bền kéo của vật liệu, thước đo mức độ kéo giãn mà vật liệu có thể chịu được trước khi đứt và nhận thấy, vật liệu sinh học mới có thể so sánh với chỉ khâu catgut có bán trên thị trường. Nhóm nghiên cứu cũng xác định được, chỉ khâu De-gut gây ra phản ứng miễn dịch từ các mô xung quanh ít hơn nhiều so với chỉ catgut truyền thống.

Ông Lee nói: “Những mô bị khử tế bào đã được sử dụng rộng rãi trong y học tái tạo với chức năng sinh học tuyệt vời. Hiện chúng tôi đề xuất một nền tảng mới để nhúng các cảm biến và phân phối thuốc bằng phương thức sử dụng các mô đã khử tế bào, mở ra những ứng dụng mới của vật liệu có nguồn gốc từ mô.”

Chỉ khâu với những ứng dụng thông minh

Sau đó, nhóm nghiên cứu tăng cường khả năng của chỉ khâu với các chức năng bổ sung. Nhóm nghiên cứu phủ lên chỉ khâu một lớp hydrogel. Trong hydrogel, có thể nhúng một số loại vật liệu cho những chức năng khác nhau, các vi hạt có thể cảm nhận được tình trạng viêm, những phân tử thuốc khác nhau, thậm chí cả tế bào sống.

Đối với ứng dụng cảm biến, nhóm nghiên cứu thiết kế các vi hạt được phủ peptit, sẽ tự giải phóng khi các enzyme liên quan đến viêm gọi là MMP có mặt trong mô. Những peptide đó có thể được phát hiện bằng xét nghiệm nước tiểu đơn giản.

Các nhà nghiên cứu cũng cho biết, có thể sử dụng lớp phủ hydrogel để mang những loại thuốc, sử dụng cho điều trị bệnh viêm ruột, bao gồm một loại steroid gọi là dexamethasone và một kháng thể đơn dòng adalimumab. Những loại thuốc này được vận chuyển bằng các vi hạt làm từ polymer được FDA chấp thuận như PLGA và PLA, có thể kiểm soát tốc độ giải phóng thuốc. Phương pháp này cũng có thể được điều chỉnh để cung cấp những loại thuốc khác như thuốc kháng sinh hoặc thuốc hóa trị.

Những chỉ khâu thông minh này có thể được sử dụng để cung cấp các tế bào trị liệu như tế bào gốc. Để khám phá khả năng đó, các nhà nghiên cứu đã nhúng vào chỉ khâu tế bào gốc, được thiết kế để thể hiện chất đánh dấu huỳnh quang khi đang sống và nhận thấy, những tế bào này vẫn sống ít nhất 7 ngày khi được cấy vào chuột. Những tế bào này cũng có thể tạo ra yếu tố tăng trưởng nội mô mạch máu (VEGF), một yếu tố tăng trưởng kích thích sự phát triển của tế bào máu.

Nhóm nhà khoa học đang tiếp tục thử nghiệm thêm từng ứng dụng khả thi này và mở rộng quy trình sản xuất chỉ khâu. Các nhà khoa học cũng hy vọng tìm được những khả năng sử dụng chỉ khâu ở các bộ phận khác của cơ thể ngoài đường tiêu hóa.

“Chỉ khâu ruột đã khử tế bào do nhóm nghiên cứu MIT phát triển là một nền tảng thú vị để điều trị và cung cấp nhiều phương pháp trị liệu, bao gồm những phân tử nhỏ, sinh học và tế bào sống.” Omid Veiseh, PGS kỹ thuật sinh học tại Đại học Rice, không tham gia nghiên cứu cho biết, ông nhận định rằng, nhóm nhà khoa học đã hoàn thành xuất sắc công trình nghiên cứu, cho thấy tính linh hoạt đặc biệt ấn tượng của loại chỉ khâu sinh học này.