Chấn thương xương, đặc biệt gãy xương nặng, từ lâu là một thách thức đối với các bác sĩ phẫu thuật chỉnh hình. Các phương pháp truyền thống để điều trị những loại chấn thương này thường dựa vào những vật liệu cấy ghép được chế tạo sẵn, chẳng hạn như tấm kim loại, ghép xương từ người hiến tặng hoặc vật liệu in 3D.
Tuy nhiên, các giải pháp này có nguy cơ dẫn đến nhiều vấn đề đối với các vết gãy xương bất thường hoặc phức tạp. Các vật liệu cấy ghép phải được thiết kế và sản xuất riêng trước khi phẫu thuật, một quá trình vô cùng tốn thời gian và vẫn có thể không vừa khít hoàn hảo.
Giờ đây, một công nghệ mới mang tính đột phá, được phát triển bởi một nhóm các nhà nghiên cứu tại đại học Sungkyunkwan University ở Nam Hàn, đang mang đến một giải pháp tiềm năng: một súng bắn keo được cải tiến có thể in 3D các mảnh ghép xương trực tiếp lên vị trí bị gãy theo thời gian thực.
Thiết bị tiên tiến này, được thử nghiệm thành công trên thỏ, cho phép các bác sĩ phẫu thuật tạo và ghép xương ngay trong quá trình phẫu thuật. Điều này giúp loại bỏ nhu cầu lập kế hoạch trước phẫu thuật, chẳng hạn như chụp ảnh, tạo mô hình và sản xuất tùy chỉnh, đơn giản hóa đáng kể quy trình. Công cụ này được vận hành thủ công và nhỏ gọn, hỗ trợ bác sĩ phẫu thuật kiểm soát hoàn toàn việc điều chỉnh hướng in, góc và độ sâu khi cần thiết. Điều này cho phép tạo ra sự vừa vặn giải phẫu cực kỳ chính xác, ngay cả với những khiếm khuyết xương phức tạp nhất. Toàn bộ quy trình được hoàn thành chỉ trong vài phút, làm giảm thời gian phẫu thuật và cải thiện hiệu quả tổng thể.
Thiết bị hoạt động bằng cách sử dụng một sợi chuyên dụng được đưa vào súng bắn keo được cải tiến. Sợi này được cấu tạo từ hai vật liệu chính: hydroxyapatite (HA) và polycaprolactone (PCL). HA là một khoáng chất tự nhiên chiếm một phần đáng kể trong xương tự nhiên và được biết đến với khả năng thúc đẩy tái tạo và chữa lành xương. PCL là một loại nhựa nhiệt dẻo tương thích sinh học, có thể nóng chảy ở nhiệt độ thấp khoảng 140°F. Điểm nóng chảy thấp này rất quan trọng, vì nó cho phép vật liệu được áp dụng trực tiếp vào vị trí phẫu thuật mà không gây tổn thương cho các mô xung quanh. Sau khi được áp dụng, vật liệu sẽ nguội đi và cứng lại, phù hợp hoàn hảo với hình dạng đặc biệt của xương bị gãy.
Các nhà nghiên cứu cũng có thể điều chỉnh tỷ lệ HA/PCL trong sợi chỉ để kiểm soát độ cứng và độ bền của mảnh ghép cuối cùng, điều chỉnh nó theo nhu cầu cụ thể của vết gãy và vị trí trong cơ thể. Khả năng tùy chỉnh này là một lợi thế lớn so với cấy ghép đúc sẵn.
Một mối lo ngại phổ biến với bất kỳ cấy ghép phẫu thuật nào là nguy cơ nhiễm trùng. Để giải quyết vấn đề này, nhóm nghiên cứu kết hợp hai hợp chất kháng khuẩn mạnh, vancomycin và gentamicin, trực tiếp vào sợi chỉ. Các xét nghiệm trong phòng thí nghiệm cho thấy các khung xương tạo thành ngăn chặn hiệu quả sự phát triển của các vi khuẩn phổ biến như E. coli và S. aureus, vốn là những tác nhân thường gặp gây nhiễm trùng sau phẫu thuật.
Các đặc tính độc đáo của hỗn hợp HA và PCL cho phép phóng thích chậm và đều đặn các kháng sinh này trực tiếp tại vị trí phẫu thuật trong vài tuần. Phương pháp phân phối tại chỗ này là một cải tiến đáng kể so với việc sử dụng kháng sinh toàn thân, vì nó giảm thiểu tác dụng phụ và nguy cơ phát triển kháng kháng sinh.
Ngoài việc ngăn ngừa nhiễm trùng, ghép xương được thiết kế để thúc đẩy quá trình lành vết thương lâu dài. Vật liệu này không phải là vật cố định vĩnh viễn, mà thay vào đó, nó được thiết kế để phân hủy dần dần và được cơ thể hấp thụ theo thời gian khi xương mới tự nhiên phát triển và thay thế. Trong các thử nghiệm trên thỏ, công nghệ mới cho thấy khả năng lành xương và tích hợp xương tốt hơn so với xi măng xương truyền thống.
Mặc dù kết quả trên thỏ rất hứa hẹn, các nhà nghiên cứu hiểu rằng vẫn cần những bước tiến đáng kể trước khi công nghệ này được sử dụng trên người. Điều này gồm việc thiết lập các quy trình sản xuất tiêu chuẩn, xây dựng các quy trình khử trùng được xác nhận và tiến hành thêm các nghiên cứu tiền lâm sàng trên các mô hình động vật lớn hơn để đáp ứng sự chấp thuận của cơ quan quản lý.
Nếu những bước trên thành công, phương pháp tiếp cận sáng tạo này có thể thay đổi cách phẫu thuật chỉnh hình, cung cấp một phương pháp nhanh chóng, hiệu quả và chính xác hơn để chữa lành, kể cả những xương bị gãy nặng nhất, ngay tại phòng phẫu thuật.
