Hydroxyapatite là gì? Các công bố khoa học về Hydroxyapatite

Bài báo này tổng quan về quá khứ, hiện tại và tương lai của các vật liệu sinh học dựa trên hydroxyapatit (HAp) từ góc độ chế tạo các cấy ghép thay thế mô cứng. Các tính chất của mô cứng cũng được mô tả. Độ tin cậy cơ học của gốm HAp nguyên chất là thấp, do đó nó không thể được sử dụng làm răng hoặc xương nhân tạo. Vì lý do này, các loại composite dựa trên HAp đã được chế tạo, nhưng chỉ có hợp kim titan phủ HAp là đã tìm thấy ứng dụng rộng rãi. Trong số các loại khác, gốm HAp được điều khiển vi cấu trúc như HAp gia cường bằng sợi hoặc râu, polymer gia cường bằng HAp sợi, hay composite HAp/collagen chế tạo sinh học có vẻ là những vật liệu gốm phù hợp nhất cho các cấy ghép thay thế mô cứng trong tương lai.

Hai hợp chất diphosphonate chứa liên kết P-C-P, Cl ₂ C(PO ₃ HNa) ₂ và H ₂ C(PO ₃ HNa) ₂ làm chậm tốc độ hòa tan của các tinh thể apatite trong điều kiện in vitro. Chúng ức chế quá trình tiêu xương do chiết xuất tuyến cận giáp gây ra trong calvarium của chuột trong mô nuôi cấy và trên chuột cắt bỏ tuyến giáp và tuyến cận giáp trong cơ thể sống.

Mô xương là một vật liệu biocomposite phức hợp với nhiều thành phần hữu cơ (như protein, tế bào) và vô cơ (như tinh thể hydroxyapatite) được tổ chức theo mô hình thứ bậc với độ chính xác ở cấp độ nano/vi mô. Dựa vào hiểu biết về sự tổ chức thứ bậc của mô xương và đặc tính cơ học độc đáo của nó, đã có nhiều nỗ lực được thực hiện để mô phỏng lại các vật liệu biocomposite hữu cơ–vô cơ lai này. Một yếu tố quan trọng trong việc thiết kế thành công các vật liệu sinh học lai phức tạp là việc tạo thuận lợi và kiểm soát sự bám dính tại các mặt giao tiếp, khi mà nhiều vật liệu sinh học tổng hợp hiện nay vẫn trơ, thiếu hoạt tính sinh học bề mặt. Trong vấn đề này, các nhà nghiên cứu tập trung vào việc kiểm soát giao diện thông qua việc chỉnh sửa bề mặt, nhưng phát triển một phương pháp đơn giản, thống nhất để chức năng hóa sinh học cho các vật liệu hữu cơ và vô cơ đa dạng vẫn là một thử thách quan trọng. Ở đây, một phương pháp khoáng hóa sinh học phổ dụng, được gọi là hình thành hydroxyapatite hỗ trợ polydopamin (pHAF), có thể được ứng dụng cho hầu hết các loại và hình thái của các vật liệu giá đỡ được trình bày. Được lấy cảm hứng từ cơ chế bám dính của trai biển, phương pháp pHAF có thể dễ dàng tích hợp hydroxyapatite trên các vật liệu gốm, kim loại quý, bán dẫn và polyme tổng hợp, bất kể kích thước và hình thái của chúng (như độ xốp và hình dáng). Các nhóm catecholamin bám trên bề mặt trong polydopamin làm phong phú mặt giao diện với các ion canxi, tạo điều kiện cho sự hình thành của các tinh thể hydroxyapatite nằm dọc theo trục c, song song với lớp polydopamin như đã quan sát thấy trong hydroxyapatite tự nhiên ở các mô khoáng hóa. Phương pháp khoáng hóa sinh học bề mặt phổ dụng này có thể là nền tảng sáng tạo cho công nghệ kỹ thuật mô trong tương lai.

Sự thiếu ổn định cơ học ban đầu của các bộ phận giả không sử dụng xi măng có thể là nguyên nhân dẫn đến sự cố định của mô sợi của các thành phần bộ phận giả vào xương. Để nghiên cứu ảnh hưởng của các chuyển động vi mô đến sự mọc bám của xương vào các cấy ghép hợp kim titan (Ti) và các cấy ghép bọc hydroxyapatite (HA), một thiết bị không ổn định có tải trọng tạo ra các chuyển động 500 μm trong mỗi chu kỳ bước đi đã được phát triển. Các cấy ghép ổn định cơ học được sử dụng làm đối chứng. Các cấy ghép được đưa vào các vùng chịu tải của cả bốn khớp gối đùi ở bảy con chó trưởng thành. Kết quả phân tích mô học sau 4 tuần cấy ghép cho thấy màng mô sợi bao quanh cả các cấy ghép Ti và HA bị các chuyển động vi mô tác động, trong khi đó có một lượng biến thiên của sự mọc bám xương được tìm thấy ở các cấy ghép ổn định cơ học. Thử nghiệm đẩy ra cho thấy rằng sức bền cắt của các cấy ghép Ti và HA không ổn định bị giảm đáng kể so với các cấy ghép ổn định cơ học tương ứng (p < 0,01). Tuy nhiên, giá trị sức bền cắt của các cấy ghép bọc HA không ổn định lại cao hơn đáng kể so với các cấy ghép Ti không ổn định (p < 0,01) và tương đương với các cấy ghép Ti ổn định. Sức bền cắt lớn nhất được quan sát thấy ở các cấy ghép bọc HA ổn định, vượt trội gấp ba lần so với các cấy ghép Ti ổn định (p < 0,001). Sự xác định định lượng sự mọc bám xương đồng ý với thử nghiệm cơ học ngoại trừ việc sự bám chắc mạnh hơn của các cấy ghép HA không ổn định so với các cấy ghép Ti không ổn định, nơi không tìm thấy sự khác biệt trong sự mọc bám xương. Các cấy ghép bọc HA không ổn định được bao quanh bởi màng sợi chứa các đảo fibrocartilage có nồng độ collagen cao hơn, trong khi mô liên kết sợi với nồng độ collagen thấp hơn chiếm ưu thế xung quanh các cấy ghép Ti không ổn định. Kết luận, các chuyển động vi mô giữa xương và cấy ghép ức chế sự mọc bám xương và dẫn đến sự phát triển của màng sợi. Sự hiện diện của fibrocartilage và nồng độ collagen cao trong màng sợi có thể là nguyên nhân dẫn đến sức bền cắt tăng thêm của các cấy ghép HA không ổn định. Cấy ghép ổn định cơ học với lớp bọc HA có sự bám chặt nhất và sự mọc bám xương mạnh mẽ nhất.