Công nghệ mô là một lĩnh vực liên ngành đang được mở rộng nhanh nhằm cung cấp các giải pháp tái tạo và điều trị khuyết mô. Thiết kế khung nuôi cấy tế bào gốc có các đặc trưng tính chất phù hợp là một trong những nhân tố quan trọng quyết định sự thành công của công nghệ mô. Gần đây, khung nuôi cấy tế bào từ vật liệu hydrogel đã được quan tâm đáng kể do có nhiều đặc tính tương đồng với chất nền ngoại bào tự nhiên (ECM).

ECM là một thành phần không thể thiếu để đảm bảo sự tồn tại, tương tác, tăng sinh và sự biệt hóa của các tế bào trong mô. Trong thực tế, vật liệu khung hydrogel dùng trong kỹ nghệ mô cần phải đáp ứng các tiêu chí thiết kế giống với ECM, mà các tiêu chí này tùy thuộc vào nguồn tế bào được nuôi cấy và các mô đích. Điển hình, trong kỹ nghệ tái tạo mô mềm từ tế bào gốc trung mô trưởng thành, vật liệu khung nuôi cấy tế bào cần thỏa mãn các thông số như sau: cấu trúc vi xốp 3D ưa nước, độ xốp >70% và kích thước lỗ xốp ~100-300 mm, độ trương ~6-12 g/g, độ bền nén ~1-80 kPa, mức độ phân hủy sinh học thích hợp (ổn định cấu trúc trong môi trường nuôi cấy tế bào từ 1-6 tuần), không gây độc và hỗ trợ bám dính, tăng sinh, chức năng, biệt hóa của tế bào, và thuận lợi cấy ghép mô. Trong vài năm qua, tế bào gốc từ mô mỡ người (hADSCs) đã thu hút nhiều quan tâm nghiên cứu và triển khai ứng dụng trong liệu pháp tái tạo mô do sự phong phú, bản chất đa năng, dễ phân lập và không gây tranh cãi về y đức. Về mặt công nghệ, thông thường thì khung nuôi cấy tế bào gốc trung mô là vật liệu hydrogel ưa nước có cấu trúc vi xốp 3D được chế tạo chủ yếu bằng phương pháp khâu mạch hóa học và bức xạ ion hóa sau đó là xử lý đông khô.

Trong đó, phương pháp khâu mạch bức xạ được đánh giá là thuận lợi do không dùng hóa chất để khơi mào phản ứng và sản phẩm được khử trùng đồng thời. Phản ứng khâu mạch trong dung dịch polyme xảy ra thông qua sự tái hợp giữa các gốc tự do đại phân tử, mà các gốc tự do này được sinh ra bởi hiệu ứng gián tiếp và trực tiếp của bức xạ với dung dịch polyme. Khung nuôi cấy tế bào trên cơ sở gelatin khâu mạch bức xạ luôn được xem là ứng viên đầy tiềm năng ứng dụng do có sự tương đồng hóa học đối với ECM. Mặc dù vậy, khung gelatin cũng tồn tại các hạn chế như tính cơ học và hóa lý kém, và mức độ phân hủy sinh học không phù hợp. Để cải thiện các hạn chế này, giải pháp phổ biến là phối trộn các polysacarit với gelatin trong công thức tạo khung. CM-chitin và CM-chitosan là các dẫn xuất tan trong nước của chitin và chitosan biến tính, có nhiều đặc tính sinh học hữu ích và đã được xem là nguyên liệu thích hợp để tạo hydrogel ứng dụng trong sinh y. Cho đến nay, đã có một số công trình nghiên cứu chế tạo khung nuôi cấy tế bào gốc trung mô từ hỗn hợp của gelatin/CM-chitosan cũng như gelatin/CM-chitin được công bố. Tuy nhiên, các nghiên cứu so sánh hiệu quả ảnh hưởng của CMchitin và CM-chitosan trong hỗn hợp với gelatin theo tỷ lệ khối lượng khác nhau đến các đặc trưng tính năng của khung nuôi cấy bào gốc mô mỡ vẫn còn thiếu.

Trên cơ sở đó, ThS. Đặng Văn Phú và nhóm nghiên cứu, Trung tâm Nghiên cứu và triển khai công nghệ Bức xạ - Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam, đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu chế tạo vật liệu hydrogel từ gelatin/carboxymetyl-chitin và gelatin/carboxymetyl-chitosan bằng phương pháp chiếu xạ ứng dụng làm giá thể nuôi cấy tế bào gốc (mô mỡ)”.

Đề tài nghiên cứu này mô tả đặc trưng tính chất của các khung hydrogel từ gelatin/CM-chitin và gelatin/CM-chitosan được chế tạo bằng phương pháp khâu mạch bức xạ kết hợp với sấy đông khô và khử trùng bức xạ nhằm triển khai ứng dụng sản phẩm làm khung nuôi cấy tế bào gốc mô mỡ trong công nghệ mô mềm.

Sơ đồ 1. Các bước chế tạo khung xốp hydrogel gelatin/CM-chitin có đặc trưng tính chất phù hợp để nuôi cấy tế bào gốc mô mỡ tạo mô mềm.

Sơ đồ 2. Các bước chế tạo khung xốp hydrogel gelatin/CM-chitosan có đặc trưng tính chất phù hợp để nuôi cấy tế bào gốc mô mỡ tạo mô mềm

Như vậy, công nghệ bức xạ là công cụ hữu hiệu để biến tính vật liệu bao gồm khâu mạch polyme tạo hydrogel. Cho đến nay, nghiên cứu về ảnh hưởng của carboxymethyl-chitin (CMchitin) và carboxymethyl-chitosan (CM-chitosan) trong hỗn hợp với gelatin (G) đến các tính năng của khung dùng nuôi cấy tế bào gốc mỡ người (hADSCs) vẫn còn khá hiếm. Trong công trình này, hai loại khung hydrogel từ các hỗn hợp G/CM-chitin và G/CM-chitosan có tỷ lệ khối lượng khác nhau đã được nghiên cứu chế tạo bằng phương pháp khâu mạch bức xạ kết hợp sấy đông khô. Liều xạ 30-35 kGy và tổng nồng độ polyme 15% (w/v) là phù hợp để tạo hydrogel có phần gel 72-84%. Dựa trên kết quả về đặc trưng hóa lý của hydrogel sau đông khô, thì tỷ lệ khối lượng 8,5/1,5 của G/CM-chitin hoặc G/CM-chitosan là thích hợp để tạo khung hydrogel xốp. Các khung xốp được chiếu xạ 25 kGy để khử trùng và đánh giá các tính chất hóa lý, khả năng phân hủy sinh học, độc tính tế bào, khả năng hỗ trợ bám dính và tăng sinh hADSCs. Qua kết quả thu được cho thấy cả CM-chitin và CM-chitosan đều cải thiện đáng kể các đặc tính hóa lý của khung gelatin trong cùng mức độ. Khung G/CM-chitin và khung G/CM-chitosan có độ trương nước hoặc đệm PBS khoảng 7-9 g/g; độ xốp khoảng 70- 73%; kích thước lỗ xốp 100-300 mm; và mô đun nén tương ứng là 66,4 và 45,6 kPa, phù hợp cho kỹ nghệ mô mềm. Cả hai khung xốp đều phân hủy sinh học, không gây độc tế bào, hỗ trợ bám dính và tăng sinh đối với hADSCs. Do vậy, vật liệu khung hydrogel xốp từ G/CM-chitin hay G/CM-chitosan tạo được có thể sử dụng để nuôi cấy hADSCs nhằm tái tạo các mô mềm.

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài (Mã số 19007/2020) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.

P.T.T (NASATI)