Nhà khoa học chế tạo gai titan ngăn nhiễm trùng sau cấy ghép

TS Lê Hoàng Phúc (30 tuổi) cùng cộng sự tại Đại học RMIT (Australia) chế tạo mô hình gai siêu nhỏ khắc được trên titan cấy ghép nhằm bảo vệ bệnh nhân trước vi khuẩn và nấm mà không cần dùng thuốc.

Từ năm 2020 các nhà khoa học thực hiện nghiên cứu về tương tác bề mặt giữa các chủng nấm có hại khác nhau trên vật liệu có cấu trúc nano. Nghiên cứu mới chứng minh được các bề mặt gồ ghề có cấu trúc siêu nhỏ lấy cảm hứng từ những chiếc gai diệt vi khuẩn trên cánh côn trùng (ve sầu, chuồn chuồn) giúp chống hiệu quả các siêu vi khuẩn kháng thuốc, bao gồm cả nấm. Công trình vừa được công bố trên tạp chí Advanced Materials Interfaces đầu tháng 9. Nhóm nhà khoa học sau đó cũng tìm cách thiết kế mô hình gai siêu nhỏ bằng titan nhằm bảo vệ bệnh nhân trước vi khuẩn và nấm mà không cần dùng thuốc.

Nhóm nghiên cứu vật liệu diệt khuẩn cơ học đa chức năng. Từ trái qua phải: Denver Linklater, Lê Hoàng Phúc, Elena Ivanova, Arturo Aburto-Medina, Karolline De Sousa. Ảnh: Đại học RMIT

Hướng tiếp cận của nhóm tập trung loại bỏ các vi sinh vật ngay khi tiếp xúc, qua đó hạn chế can thiệp bằng hóa chất. Phúc cùng với TS Denver Linklater, thành viên nhóm nghiên cứu, thử nghiệm với một số bề mặt trụ titan siêu nhỏ.

Các gai được thiết kế đặc biệt, có chiều cao tương đương tế bào vi khuẩn. Chúng được đem ghép lên bề mặt các bộ phận cấy ghép làm bằng vật liệu titan và kiểm tra tính hiệu quả trong việc tiêu diệt Candida đa kháng thuốc. Đây là loại nấm có thể gây tử vong, là nguyên nhân dẫn đến một trong mười loại nhiễm trùng thiết bị y khoa trong bệnh viện.

Kết quả, các gai titan siêu nhỏ có khả năng phá hủy khoảng một nửa số tế bào gây hại ngay khi tiếp xúc. Những tế bào nấm còn lại đều không còn khả năng sống sót do bị tổn thương và không thể sinh sản hay gây ra nhiễm trùng.

Một tế bào Candida còn nguyên vẹn trên bề mặt titan được đánh bóng (trái) và một tế bào Candida bị vỡ trên bề mặt titan có gai vi mô (phải). Ảnh: Nhóm nghiên cứu

Theo TS Denver Linklater, các phân tích chuyển hóa hoạt động protein cho thấy các tế bào nấm Candida albicans bị tổn thương đã bị ức chế trao đổi chất trên diện rộng trong khoảng thời gian lên tới 7 ngày, sẽ ngăn chặn quá trình sinh sản và cuối cùng chúng tự chết đi. Với những tế bào còn lại, chúng không còn khả năng sống sót và sẽ ngừng hoạt động (gọi là apoptosis, tức tế bào chết theo lập trình).

"Phát hiện này chứng minh cách thiết kế bề mặt kháng nấm có thể ngăn chặn việc hình thành màng sinh học từ các loại nấm men nguy hiểm, đa kháng thuốc", GS Elena Ivanova, một trong những người đầu tiên nghiên cứu khả năng tiêu diệt vi khuẩn trên cánh côn trùng, nhận định.

TS Phúc cho hay, các gai siêu nhỏ bằng titan đang trong giai đoạn kiểm tra tính khả thi. Nhóm cũng hướng tới việc thử nghiệm đặc tính kháng nấm của mẫu này đối với các chủng vi sinh vật khác nhau nhằm tối ưu hóa kích thước vi gai để đạt hiệu quả chống và diệt vi sinh tối ưu.