Polyme y sinh vật liệu polyme compozit sử dụng làm scaffold trong kỹ thuật mô

Vật liệu compozit dùng làm
scaffold trong kỹ thuật mô
Giáo viên hướng dẫn:

TS. Nguyễn Châu Giang

Nhóm sinh viên thực hiện: 1. Đầu Văn Duy
2. Hoàng Thị Hương
3. Đào Duy Thành
1


Nội dung
1.

Giới thiệu về kỹ thuật nuôi cấy tế bào

2.

Scaffold trong kỹ thuật nuôi cấy tế bào

3.

Quá trình nuôi cấy tế bào

4.

Vật liệu sinh học sử dụng làm scaffold

5.

Công nghệ chế tạo scaffold

2


Kỹ thuật nuôi cấy tế bào

 Trong y học, khi một cơ quan hoặc một mô bị hư hại,
các nhà khoa học đã nghĩ ra việc thay thế cơ quan bị
hư hại của người bệnh đó bằng những cơ quan tương
tự, từ một cơ thể người khác.

 Tuy nhiên, việc thay thế này có nhược điểm: không

đủ nguồn cung cấp cho các người bệnh cần dùng,
nguy cơ bị lây các bệnh truyền nhiễm, nguy cơ thải
ghép từ hệ thống miễn dịch của bệnh nhân.

3


 Chính vì vậy, trong y học đã phát triển kỹ thuật tái tạo mô – chính là kỹ thuật nuôi cấy tế
bào.

 Kỹ thuật này sử dụng các vật liệu có hoạt tính sinh học mà có khả năng phục hồi, duy trì,
cải thiện chức năng của mô, nhằm tái tạo lại mô bị hỏng.

 Ưu điểm của kỹ thuật:
 Hạn chế tối đa sự thải ghép do tế bào gốc cũng lấy từ cơ thể bệnh nhân.
 Không hạn chế bởi nguồn nguyên liệu cho nuôi cấy.

 Loại bỏ nguy cơ lây các bệnh truyền nhiễm từ cơ thể khác.

4


Scaffold trong kỹ thuật mô
 Scaffold là một khung 3D xốp, cung cấp môi trường thích hợp cho việc tái tạo mô và cơ
quan. Scaffold hoạt động như một khuôn mẫu cho việc hình thành mô.

5


Quá trình nuôi cấy
trong kỹ thuật mô
 Quá trình nuôi cấy như sau:

6


Những yêu cầu cơ bản của một scaffold
1.

Vật liệu không gây ra sự phản kháng lại, không gây ra các khối u, có độ tương hợp
sinh học cao.

2.
3.

Cho phép tế bào bám vào và sinh sôi phát triển rồi biệt hóa.

4.
5.

Có tổng diện tích bề mặt lớn, làm tăng khả năng bám dính tế bào.

Có mật độ lỗ xốp cao, kích thước lỗ xốp phù hợp, để tế bào có thể bám vào, lấy được
các chất dinh dưỡng.
Phải có cấu trúc lỗ xốp mở cao để các tế bào có thể thâm nhập vào bên trong, phát
triển thành mô, hấp thụ dinh dưỡng và vận chuyển chất thải bỏ.

7


7.

Vật liệu phải có khả năng phân hủy sinh học, tạo thành các sản phẩm không độc hại

8.

Có tính chất cơ học phù hợp, duy trì tính chất cơ học trong thời gian mô mới phát
triển.

9.

Có khả năng gia công thành các hình dạng phức tạp.

8


Vật liệu sử dụng làm scaffold

1.

Khi sử dụng vật liệu Polyme chỉ có 1 cấu tử, thì độ bền cơ học của vật liệu không cao.

2.

Chính vì vậy, đưa vào nền polyme những chất gia cường dạng hạt hoặc sợi để cải
thiện các tính chất cơ học, vật lý, hình thái học.

9


Nền polyme
Thường dùng các polyme có khả năng phân hủy sinh học gồm polyme tự nhiên và polyme
tổng hợp.

 Polyme tự nhiên gồm có: Chitin/chitosan, collagen, fibril gel…

 Polyme tổng hợp gồm có: Poly lactic axit, poly(glycolic) axit, poly caprolacton, poly
hydroxybutyrat…

10


Các chất gia cường
Có thể từ:

 Ceramic: Hydroxyapatit
 Kim loại: vàng, titan, bạc…
 Cacbon: ống nano cacbon, sợi nanocacbon, graphen…

11


 Poly lactic axit được biết đến với các tính chất ưu việt như: độ bền cao, tương hợp sinh
học tốt, có khả năng phân hủy sinh học.

 Nhưng PLA lại có tính giòn cao, tính thấm khí lớn, khả năng kết tinh chậm, nên hạn chế
khả năng sử dụng rộng rãi của nó.

 Khi tổng hợp vật liệu nanocompozit PLA/nano silica bằng phương pháp sol-gel đã cho

thấy: cường độ chịu kéo được cải thiện, khả năng chịu nhiệt tăng lên, có sự kết tinh một
phần PLA bởi những liên kết với silica.

 Silica với kích thước nano cho hiệu quả tốt hơn so với kích thước micro.
Khi biến tính bề mặt silica bằng axit oleic thì sự phân tán tốt hơn, và giúp nâng cao tính
mềm dẻo của PLA.

12


 Tác giả Sinha Ray đã chế tạo thành công nanocompozit PLA/nanoclay. Kết quả cho thấy:
tính chất cơ học của compozit là tốt hơn nhiều so với việc không dùng clays.

 Modun đàn hồi của vật liệu tăng lên nhiều dù chỉ dùng một lượng nhỏ nanoclays.

13

 Hydroxylapatit cũng thường được đưa vào nền polyme, do chúng được biết đến có độ
tương hợp sinh học với các mô xương, răng, da, cơ bắp; do chúng có thành phần giống
như khoáng trong xương.

 Các đặc tính của compozit có thể thay đổi dựa trên sự thay đổi thành phần của compozit,
thay đổi kích thước hạt….

 HA có thể được đưa vào các polyme như: poly(ε caprolacton), poly Lactic axit (PLA), poly
(3-hydroxy butyrat co- 3hydroxyval (PHBHV), chitosan…

14


Tính chất các vật liệu nanocompozit với 15% HA

15


Công nghệ chế tạo các vật liệu compozit cho làm
scaffold
 Một số phương pháp phổ biến dùng để chế tạo vật liệu nanocompozit như:
 Trộn hợp dung dịch
 Trộn hợp nóng chảy
 Trùng in situ
 Sử dụng polyme như một khuôn mẫu để tổng hợp nanocompozit.

16


1. Phương pháp trộn hợp dung dịch

 Polyme được hòa tan trong một dung môi thích hợp để hình thành dung dịch polyme
 Sau đó, đưa các chất độn nano, các hạt tạo xốp vào dung dịch, khuấy đều.
 Đổ dung dịch vào khuôn.
 Làm bay hơi dung môi để thu được vât liệu.
 Rửa bằng nước, ngâm, để chiết tách ra các hạt tạo xốp ban đầu, các hạt đó bị chiết ra sẽ
để lại các lỗ xốp trong vật liệu

17


Nhược điểm:
Để lại dung môi trong vật liệu, có thể gây rò rỉ vào cơ thể khi cấy ghép, gây độc tố làm hoại tử các
mô.

18


Phương pháp tạo xốp nhờ nén khí
 Sử dụng áp suất cao để nén khí vào vật liệu, để từ đó hình thành lỗ xốp.
 Các tác nhân tạo khí có thể là: cacbon dioxxit, nitrogen, nước.
 Kích thước các lỗ xốp có thể được kiểm soát: 100 đến 500 µm.

19


 Ưu điểm:
 Không dùng dung môi nên không gây hại đến cơ thể.
 Sự hình thành cấu trúc các lỗ là kín và các lỗ xốp không liên hệ được với nhau.
 Các lỗ xốp chỉ ở trong khối vật liệu chứ không ở bề mặt.
 Vì vậy ít dùng phương pháp này.

20


Phương pháp trộn hợp nóng chảy
 Polyme được đưa lên nhiệt độ cao hơn nhiệt độ hóa thủy tinh, và ở trạng thái nóng chảy
 Trộn hợp các chất độn nano, và hạt tạo xốp vào polyme
 Sau đó, đưa hỗn hợp nóng chảy vào khuôn.

21


 Ưu điểm của phương pháp:
 Đơn giản, dễ chế tạo.
 Không dùng dung môi nên không ảnh hưởng đên tính chất vật liệu
 Nhược điểm:
 Phân tán chất độn không đều nên tính chất không ổn định.

22


Tài liệu tham khảo

23


24