Header Page 1 of 148.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

VIỆN KHOA HỌC VẬT LIỆU

NGUYỄN THỊ PHƢƠNG

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU
MỚI TRONG CẤY GHÉP VÀ TÁI TẠO
XƢƠNG TRÊN CƠ SỞ HYDROGEL
COMPOSITE SINH HỌC GỒM BIPHASIC
CALCIUM PHOSPHATE VÀ POLYMER
SINH HỌC (GELATIN, CHITOSAN)
Chuyên ngành: VẬT LIỆU CAO PHÂN TỬ VÀ TỔ HỢP
Mã số : 62440125

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH KHOA HỌC VẬT LIỆU

TP.HCM-2015

Footer Page 1 of 148.


Header Page 2 of 148.
Công trình đƣợc hoàn thành tại:
Phòng Vật liệu hóa dƣợc, Viện Khoa học vật liệu ứng dụng, Viện Hàn lâm Khoa học
và Công nghệ Việt Nam

148.
Tóm
luận án tiến sĩ ngành khoa học vật liệu
MỞ ĐẦU
Vật liệu y sinh đã và đang đƣợc nghiên cứu mạnh mẽ để đáp ứng nhu cầu thay thế các
bộ phận cơ thể, cấy ghép mô, xƣơng của con ngƣời, hứa hẹn cho việc chữa trị và tái tạo các
mô và cơ quan bị mất hoặc bị tổn thƣơng do chấn thƣơng, bệnh tật hoặc lão hóa.
Trong lĩnh vực vật liệu dùng cho xƣơng, nhiều loại vật liệu dùng trong cấy ghép và
thay thế xƣơng đã phát triển đáng kể trong những thập kỷ qua nhƣ kim loại và hợp kim (titan,
hợp kim của titan, thép không rỉ...). Những vật liệu này tuy tƣơng hợp sinh học nhƣng tính
chất cơ lý của kim loại, hợp kim khác biệt nhiều so với xƣơng dẫn đến nguy cơ gãy xƣơng do
kém tƣơng thích giữa phần xƣơng tiếp xúc với kim loại ghép.
Vì vậy, các nhà khoa học trên thế giới hiện nay quan tâm đến vật liệu trên cơ sở
Hydroxyapatite (HAp) và biphase calcium phosphate (BCP). HAp và BCP có tính tƣơng hợp
sinh học, hoạt tính sinh học cao, và khả năng chữa lành xƣơng do thành phần tƣơng tự thành
phần khoáng trong xƣơng. Mặt khác, HAp và BCP có thể từ từ hòa tan trong cơ thể giải
phóng ion calcium và phosphate có lợi trong việc hình thành và phát triển xƣơng. Tuy nhiên
HAp và BCP ở dạng bột nên khó tạo hình có thành phần, cấu trúc xốp tƣơng tự nhƣ xƣơng.
Hydrogel composite trên cơ sở BCP và polymer sinh học có thành phần, cấu trúc xốp
tƣơng tự xƣơng, tƣơng hợp sinh học, suy giảm sinh học và BCP thúc đẩy sự tạo khoáng, cải
thiện tính chất cơ học của vật liệu. Nhƣng các vật liệu này suy giảm nhanh, chƣa phù hợp với
sự phát triển của xƣơng.
Để giải quyết vấn đề trên cần thiết phải biến tính các polymer sinh học nhằm giảm
khối lƣợng suy giảm, hƣớng tới ứng dụng các vật liệu hydrogel composite này trong cấy ghép
và tái tạo xƣơng.
Trên cơ sở đó, chúng tôi đề xuất đề tài “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu mới trong cấy
ghép và tái tạo xƣơng trên cơ sở hydrogel composite sinh học gồm biphasic calcium
phosphate và polymer sinh học (gelatin, chitosan)”.
Mục tiêu của luận án:
Nghiên cứu tổng hợp vật liệu mới trên cơ sở hydrogel composite sinh học gồm


và

hydrogel

composite

TA-PEG-

Chitosan/BCP.
- Nghiên cứu tổng hợp và xác định các tính chất của hydrogel tyramin
polyethyleneglycol chitosan oxi hóa (TA-PEG-Chitosan oxi hóa) và hydrogel composite TAPEG-Chitosan oxi hóa /BCP.
Ý nghĩa khoa học của luận án:
Kết quả nghiên cứu của luận án cho thấy một số kết luận có ý nghĩa khoa học sau:
-

Kết hợp sóng siêu âm trong quá trình tổng hợp BCP sẽ tạo thành các hạt kích

thƣớc nano và đồng đều hơn so với không sử dụng sóng siêu âm. BCP and HAp obtained by
untrasound assisted process

-

Để polymer sinh học tạo đƣợc hydrogel, cần thiết phải biến tính chúng với các

phân tử hữu cơ đa nhóm chức (nhƣ TA, HPA,...) và tạo liên kết ngang bằng các hệ xúc tác
enzyme nhƣ H2O2/HRP. Bằng các lƣợng H2O2 và HRP khác nhau có thể điều chỉnh đƣợc thời
gian gel hóa.
-


đƣợc chia thành 3 chƣơng nhƣ sau:
Chƣơng 1: Tổng quan 38 trang
Chƣơng 2: Thực nghiệm 20 trang
Chƣơng 3: Kết quả và biện luận 68 trang
Đóng góp mới của luận án:
1.

Đã nghiên cứu tổng hợp thành công BCP với các tỷ lệ HAp:-TCP khác nhau

(1,53; 1,57; 1,61) tại pH khác nhau (7; 9; 11) bằng phƣơng pháp kết tủa kết hợp sóng siêu âm.
Sản phẩm thu đƣợc có kích thƣớc nano và đồng đều hơn so với phƣơng pháp kết tủa không
kết hợp với sóng siêu âm.
2.

Đã nghiên cứu tổng hợp và xác định tính chất của hydrogel TA-Gelatin, HPA-

Chitosan và hydrogel composite TA-Gelatin/BCP, HPA-Chitosan/BCP. Kết quả cho thấy cả
hydrogel và hydrogel composite có khối lƣợng suy giảm quá nhanh không phù hợp cho ghép
và tái tạo xƣơng.
3.

Đã nghiên cứu tổng hợp và xác định tính chất của hydrogel TA-PEG-Gelatin,

TA-TE-Chitosan, TA-PEG-Chitosan , TA-PEG-Chitosan oxi hóa và hydrogel composite TAPEG-Gelatin/BCP, TA-TE-Chitosan/BCP, TA-PEG-Chitosan/BCP , TA-PEG-Chitosan oxi
hóa/BCP. Kết quả cho thấy hydrogel và hydrogel composite với hệ xúc tác H2O2/HRP có thời
gian gel hóa nhanh, có cấu trúc xốp phù hợp cho xƣơng, không độc với tế bào xƣơng MG-63,
tƣơng hợp sinh học tốt, khối lƣợng suy giảm phù hợp cho ghép và tái tạo xƣơng, tuy nhiên chỉ
có hydrogel composite có khả năng kích thích và tạo mầm tinh thể HAp trên bề mặt. Do đó
chỉ có hydrogel composite phù hợp cho ghép và tái tạo xƣơng.
Phƣơng pháp nghiên cứu:

1,53 (hình 3.1), tại pH=7 và pH=9 có các pic đặc trƣng của β-TCP: 25,80 (10 10); 27,77
(214); 31,03 (0210); 34,37 (220); 52,94 (20 20) [62, 104, 105] và các pic đặc trƣng của HAp:
25,90 (002); 29,14 (210); 31,86 (211); 32,20 (112); 32,90 (300); 34,22 (310); 46,69 (222);
49,51 (320); 53,27 (411) [101-103]. Điều này khẳng định các mẫu đƣợc tổng hợp với tỉ lệ mol
Ca/P = 1,53, tại pH=7 và pH=9 là BCP (hỗn hợp β-TCP và HAp).
Giản đồ nhiễu xạ tia X với tỉ lệ mol Ca/P = 1,53 (hình 3.1) tại pH=11 chỉ tồn tại các
pic đặc trƣng của HAp: 25,90 (002); 29,14 (210); 31,86 (211); 32,20 (112); 32,90 (300);
34,22 (310); 46,69 (222); 49,51 (320); 53,27 (411) [101-103]. Điều này khẳng định các mẫu
đó là HAp tại pH=11.
Trong khi đó, giản đồ nhiễu xạ tia X với tỉ lệ mol Ca/P=1,57 [phụ lục 3] cũng cho kết
quả giống nhƣ với tỉ lệ mol Ca/P=1,53, sản phẩm tại pH=7 và pH=9 có hai pha tinh thể β-TCP
và HAp và tại pH=11 chỉ tồn tại pha HAp.
Tuy nhiên, giản đồ nhiễu xạ tia X với tỉ lệ mol Ca/P=1,61 [phụ lục 4] tại pH=7 sản
phẩm có hai pha tinh thể β-TCP và HAp, còn tại pH=9 và pH=11 sản phẩm chỉ có 1 pha HAp.
Các công trình nghiên cứu trƣớc [62] cho thấy với tỉ lệ mol Ca/P=1,50 thì tổng hợp
đƣợc β-TCP, còn với tỉ lệ mol Ca/P=1,67 [64, 65] thì sẽ tổng hợp đƣợc HAp, nên khi tỉ lệ
mol Ca/P càng gần 1,67 thì xu thế tạo thành sản phẩm HAp càng nhiều. Tuy nhiên, khi môi
Footer Page 6 of 148.

Trang 6


Header Page
7 oftắt
148.
Tóm
luận án tiến sĩ ngành khoa học vật liệu
trƣờng phản ứng càng base thì phản ứng càng có xu thế tạo thành sản phẩm HAp. Do đó với
tỉ lệ mol Ca/P=1,53 và 1,57 tại pH=7 và pH=9 phản ứng vẫn có xu hƣớng tạo thành β-TCP,
nên sản phẩm có hai pha tinh thể β-TCP và HAp. Còn tỉ lệ mol Ca/P=1,53 và 1,57 tại pH=11

%m HAp

7

2,8

35,8

64,2

9

2,7

33,8

66,2

11

0,0

0,0

100,0

7

2,4


0,0

0,0

100,0

11

0,0

0,0

100,0

Theo các nghiên cứu của Carlos A. Garrido [52] sản phẩm BCP với tỉ lệ % khối lƣợng
-TCP:HAp là 35: 65 phù hợp với ứng dụng cho xƣơng. Cho nên trong luận án này, chúng tôi
sử dụng sản phẩm BCP có % khối lƣợng -TCP:HAp là 33,8: 66,2 dùng tạo hydrogel
composite nhằm giúp xƣơng phát triển (BCP đƣợc tổng hợp với tỉ lệ mol Ca/P là 1,53, pH
môi trƣờng phản ứng là 9).
Footer Page 7 of 148.

Trang 7


Header Page
8 oftắt
148.
Tóm
luận án tiến sĩ ngành khoa học vật liệu




Header Page
9 oftắt
148.
Tóm
luận án tiến sĩ ngành khoa học vật liệu
Phƣơng pháp kết tủa kết hợp sóng siêu âm cho sản phẩm từ các phản ứng với các tỉ lệ
mol Ca/P (1,53; 1,57; 1,61) tại các pH khác nhau (7; 9; 11) đều có kích thƣớc nano từ 70 đến
100 nm và tƣơng đối đồng đều.
3.2. HYDROGEL COMPOSITE TA-GELATIN/BCP
3.2.1. Tổng hợp TA-Gelatin
a. Xác định thành phần, cấu trúc của TA-Gelatin
Sản phẩm TA-Gelatin đƣợc tổng hợp thông qua phản ứng giữa nhóm amin của
tyramin và nhóm carboxyl của gelatin.
Phổ 1H NMR của TA-Gelatin đƣợc đo trong H2O

Hình 3.7: Phổ 1H NMR của TA-Gelatin
Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân có các tín hiệu của các proton có trong gelatin nhƣ pic
đơn ở vị trí 4,8 ppm (proton vị trí anomeric carbone của gelatin) và các pic ở vị trí 0,84,6ppm (proton của các nhóm alkyl của gelatin. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu của
Park [116, 117].
Sự xuất hiện của pic đôi ở vị trí 6,754; 7,105 ppm trong phổ cộng hƣởng từ hạt nhân
của TA-Gelatin chứng tỏ sự có mặt của proton Ha, Hb (nhóm -CH=CH- trong nhân thơm) của
tyramin. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu của Park [116, 117], điều này chứng tỏ TAGelatin đã đƣợc tổng hợp thành công.
b. Xác định lượng TA trong TA-Gelatin
Lƣợng TA trong TA-Gelatin đƣợc xác định bằng phổ tử ngoại – khả kiến (UV-Vis).
Kết quả phân tích lƣợng TA trong TA-Gelatin cho thấy trong 100mg TA-Gelatin có 0,538mg
TA tƣơng đƣơng 0,00392 mmol TA.
3.2.2. Tổng hợp hydrogel TA-Gelatin và hydrogel composite TA-Gelatin/BCP
a. Xác định lượng H2O2 tối thiểu để tạo gel

lƣợng H2O2, lƣợng HRP ảnh hƣởng đến thời gian tạo gel.
Khi tăng lƣợng H2O2/TA-Gelatin từ 0,008 lên 0,025% (lƣợng HRP/TA-Gelatin
0,00025%, nồng độ TA-Gelatin 10%) thời gian tạo gel của hydrogel TA-Gelatin tăng từ 70
đến 180 giây. Kết quả này phù hợp với kết quả của các nghiên cứu trƣớc Jin [96], Kurisawa
[97], Veitch [119]. Điều này đã đƣợc giải thích nhƣ sau: khi lƣợng H2O2 cao, H2O2 ức chế
enzyme HRP làm cho thời gian tạo gel tăng lên.
Khi tăng lƣợng HRP/TA-Gelatin từ 0,00013 đến 0,001% (lƣợng H2O2/TA-Gelatin
0,01%, nồng độ TA-Gelatin 10%) thời gian tạo gel của hydrogel TA-Gelatin giảm từ 98 còn
48 giây. Điều này có thể giải thích nhƣ sau: khi lƣợng HRP tăng thời gian tạo gel nhanh hơn
Footer Page 10 of 148.

Trang 10


Header Page
11 of
Tóm
tắt148.
luận án tiến sĩ ngành khoa học vật liệu
do lƣợng enzyme xúc tác nhiều hơn nên liên kết ngang tạo thành nhanh hơn dẫn đến rút ngắn
thời gian tạo gel [96].
Trong trƣờng hợp hydrogel composite TA-Gelatin/BCP thời gian tạo gel ít thay đổi so
với thời gian tạo gel của hydrogel TA-Gelatin. Ví dụ: thời gian tạo gel của TA-Gelatin là 70
giây khi nồng độ TA-Gelatin 10%, lƣợng HRP/TA-Gelatin 0,00025 % và lƣợng H2O2/TAGelatin 0,008%, khi có thêm BCP với lƣợng 10% thời gian tạo gel là 68 giây.
Điều này có thể giải thích do tƣơng tác của các hạt BCP và gelatin. Nhóm chức NH2,
OH, COOH của gelatin liên kết hydrogen với nhóm OH của HAp trong BCP, ngoài ra còn có
liên kết tạo phức của nhóm NH2 của gelatin và ion Ca2+ của BCP [120-123]. Các liên kết giữa
các hạt BCP và gelatin làm mật độ liên kết của hydrogel composite tăng do đó thời gian tạo
gel của hydrogel composite giảm. Trái lại, BCP làm tăng độ nhớt của dung dịch nên ảnh
hƣởng đến quá trình khuếch tán xúc tác dẫn đến thời gian tạo liên kết ngang tăng dần. Dẫn

composite TA-Gelatin/BCP
Phƣơng pháp phân tích trọng lƣợng theo thời gian đƣợc sử dụng để khảo sát khối
lƣợng suy giảm của hydrogel TA-Gelatin và hydrogel composite TA-Gelatin/ BCP, kết quả
đƣợc thể hiện qua hình 3.11.

Hình 3.11: Đồ thị khối lƣợng (%) suy giảm của hydrogel TA-Gelatin và hydrogel
composite TA-Gelatin/BCP theo thời gian
Kết quả khảo sát khối lƣợng suy giảm của hydrogel TA-Gelatin và hydrogel
composite TA-Gelatin/BCP cho thấy hydrogel không có BCP khối lƣợng suy giảm nhanh hơn
nhiều so với hydrogel composite có BCP. Lƣợng BCP trong hydrogel composite càng tăng thì
khối lƣợng (%) suy giảm của hydrogel composite càng nhỏ. Ví dụ: sau 18 giờ TA-Gelatin
suy giảm 97% và TA-Gelatin-5%BCP suy giảm 66%, TA-Gelatin-10%BCP suy giảm 45%.
Điều này có thể giải thích do tƣơng tác của các hạt BCP và gelatin. Nhóm chức NH2, OH,
COOH của gelatin liên kết hydrogen với nhóm OH của HAp trong BCP, ngoài ra còn có liên
kết tạo phức của nhóm NH2 của gelatin và ion Ca2+ của BCP [120-123].
Tuy vậy, khối lƣợng suy giảm gần 100% sau 42 giờ không phù hợp để ứng dụng trong
lĩnh vực cấy ghép và tái tạo xƣơng.
3.3. HYDROGEL COMPOSITE TA-PEG-GELATIN/BCP
3.3.1. Tổng hợp TA-PEG-Gelatin
a. Xác định thành phần, cấu trúc của TA-PEG-Gelatin
Tổng hợp NPCPEGNPC
Để tổng hợp TA-PEG-Gelatin cần phải hoạt hóa hai nhóm OH cuối của PEG bởi p
nitrophenyl chloroformate tạo sản phẩm trung gian NPC-PEG- NPC.
Phổ 1H NMR đo trong dung môi H2O

Footer Page 12 of 148.

Trang 12



Trang 13


Header Page
14 of
Tóm
tắt148.
luận án tiến sĩ ngành khoa học vật liệu

Hình 3.17: Phổ 1H NMR TA-PEG-Gelatin
Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân có các tín hiệu của các proton có trong gelatin nhƣ mũi
đơn ở vị trí 4,8 ppm (proton vị trí anomeric carbone của gelatin) và các mũi ở vị trí 0,84,6ppm (proton của các nhóm alkyl) của gelatin.
Pic đơn ở δ = 3,64ppm là tín hiệu nhóm methylene của mạch PEG.
Hai tín hiệu pic ở δ = 6,77ppm và δ = 7,09ppm là tín hiệu proton liên hợp vòng thơm
của tyramin.
Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu của Park [116,117].
Phổ đồ FTIR của gelatin [phụ lục 8] có những pic 1636 và 1550 cm-1 đặc trƣng cho
dao động N-H của amin, các pic này không xuất hiện trong phổ đổ FTIR của TA-PEG-gelatin
[phụ lục 9] do phản ứng urethane đƣợc tạo thành từ nhóm NH2 trên mạch gelatin và nhóm
C=O của sản phẩm trung gian NPCPEGTA khi tổng hợp TA-PEG-gelatin.
b. Xác định lượng TA trong TA-PEG-Gelatin
Lƣợng TA trong TA-PEG-Gelatin đƣợc xác định bằng phổ tử ngoại-khả kiến (UVVis). Kết quả phân tích lƣợng TA trong TA-PEG-Gelatin cho thấy trong 100mg TA-PEGGelatin có 0,83904mg TA tƣơng đƣơng 0,00612mmol TA.
3.2.2. Tổng hợp hydrogel TA-PEG-Gelatin và hydrogel composite TA-PEGGelatin /BCP
a. Xác định lượng H2O2 tối thiểu để tạo gel
Theo nghiên cứu của Kurisawa [97] số mol H2O2 tối thiểu cần phản ứng là 60% số
mol TA. Trên cơ sở đó, chúng tôi tính lƣợng H2O2 tối thiểu cần phản ứng với TA trong
100mg TA-PEG-Gelatin để tạo gel là 0,00367 mmol tƣơng đƣơng lƣợng H2O2 là 0,0125%
trong dung dịch TA-PEG-Gelatin 10%. Ngoài ra nồng độ H2O2 không sử dụng cao hơn 0,25%
vì sẽ gây độc đối với tế bào [119].
b. Khảo sát thời gian gel hóa của hydrogel TA-PEG-Gelatin và hydrogel composite


Footer Page 15 of 148.

Trang 15


Header Page
16 of
Tóm
tắt148.
luận án tiến sĩ ngành khoa học vật liệu

3.3.3. Khảo sát hình thái hydrogel TA-PEG-Gelatin và hydrogel composite TAPEG-Gelatin/BCP

Hình 3.20: Hình ảnh SEM của hydrogel TA-PEG-Gelatin và hydrogel composite TAPEG-Gelatin/BCP với các lƣợng BCP khác nhau
Hình ảnh SEM đƣợc sử dụng để khảo sát hình thái học của hydrogel TA-PEG-Gelatin
và hydrogel composite TA-PEG-Gelatin/BCP với các lƣợng BCP khác nhau (hình 3.20). Kết
quả cho thấy hydrogel TA-PEG-Gelatin và hydrogel composite TA-PEG-Gelatin/BCP có cấu
trúc không gian ba chiều xốp phù hợp cho ứng dụng trong lĩnh vực cấy ghép và tái tạo xƣơng.
3.3.4. Khảo sát khối lƣợng suy giảm sinh học của hydrogel TA-PEG-Gelatin và
hydrogel composite TA-PEG-Gelatin/BCP

Hình 3.21: Đồ thị % khối lƣợng suy giảm của TA-PEG-Gelatin và hydrogel composite
TA-PEG-Gelatin/BCP theo thời gian
Kết quả khảo sát khối lƣợng suy giảm của hydrogel TA-PEG-Gelatin và hydrogel
composite TA-PEG-Gelatin/BCP cho thấy hydrogel không có BCP khối lƣợng suy giảm
nhanh hơn so với hydrogel composite có BCP. Lƣợng BCP trong hydrogel composite càng
tăng thì khối lƣợng (%) suy giảm của hydrogel composite càng nhỏ. Ví dụ: sau 3 tuần TAPEG-Gelatin suy giảm 12% và TA-PEG-Gelatin-5%BCP suy giảm 11%, TA-PEG-Gelatin 10%BCP suy giảm 10%.
Hydrogel composite TA-PEG-Gelatin, TA-PEG-Gelatin 5%BCP và TA-PEG-Gelatin10%BCP hydrogel composite có khối lƣợng mất đi sau 4 tuần là 20,89; 19,49 và 17,73%.
Hydrogel TA-PEG-Gelatin có thời gian suy giảm dài hơn hydrogel TA-Gelatin. Thời gian

hydrogel composite TA-PEG-Gelatin/BCP đều có tỉ lệ sống của tế bào trên 97%.
Dựa trên tiêu chuẩn ISO 10993-5, 1999 (vật liệu không độc đối với tế bào khi tại các
nồng độ pha loãng dung dịch chiết mẫu tỉ lệ tế bào sống đều cao hơn 70%), cho thấy
hydrogel TA-PEG-Gelatin và hydrogel composite TA-PEG-Gelatin/BCP đều không độc đối
với tế bào.

Footer Page 17 of 148.

Trang 17


Header Page
18 of
Tóm
tắt148.
luận án tiến sĩ ngành khoa học vật liệu
b. Tính tương hợp sinh học của hdrogel TA-PEG-Gelatin và hydrogel composite TAPEG-Gelatin/BCP trên cơ sở sự bám dính và phát triển của tế bào trên vật liệu

Hình 3.23: Sự bám dính và phát triển của tế bào xƣơng MG-63 trên hydrogel TA-PEGGelatin và hydrogel composite TA-PEG-Gelatin/BCP sau thời gian 5 ngày
Khảo sát sự bám dính và phát triển của tế bào xƣơng MG-63 trên hydrogel TA-PEGGelatin và hydrogel composite TA-PEG-Gelatin/BCP đƣợc quan sát dƣới kính hiển vi huỳnh
quang. Nhân tế bào màu xanh sau khi nhuộm tế bào với thuốc nhuộm DAPI. Kết quả (hình
3.23) cho thấy: sau 5 ngày, tế bào bám và phát triển rất tốt thành 1 lớp phủ trên bề mặt cả
hydrogel và hydrogel composite. Do đó có thể khẳng định tính tƣơng hợp sinh học cao của
hydrogel TA-PEG-Gelatin và cả hydrogel composite TA-PEG-Gelatin/BCP đối với tế bào
xƣơng MG-63. Điều này có thể giải thích bởi gelatin và BCP đều có khả năng kích thích, thúc
đẩy sự phát triển của tế bào, đặc biệt BCP thúc đẩy quá trình phát triển của tế bào xƣơng do
BCP có khả năng hấp thụ protein của môi trƣờng nuôi cấy trong quá trình phát triển tế bào
xƣơng[139-144]. Mặt khác các hạt BCP tạo tạo bề mặt gồ ghề giúp tế bào bám dính tốt [145,
146].
Kết quả thu đƣợc cho thấy hydrogel TA-PEG-Gelatin và hydrogel composite TAPEG-Gelatin/BCP có nhiều tiềm năng ứng dụng trong tái tạo mô xƣơng.


Mẫu nghiên cứu
C

O

Na

P

Cl

Ca

TA-PEG-Gelatin-5%BCP

17,38

28,54

3,45

11,67

5,67

33,30

TA-PEG-Gelatin-10%BCP



Trang 19


Header Page
20 of
Tóm
tắt148.
luận án tiến sĩ ngành khoa học vật liệu
của PEG tại vị trí 9.10◦ và 23.30◦, và HAp 31,86 (211); 32,20 (112); 32,90 (300); 34,22 (310);
46,69 (222); 49,51 (320); 53,27 (411), sau khi ngâm hydrogel composit trong dung dịch SBF
7, 14 ngày giản đồ nhiễu xạ XRD xuất hiện thêm các pic của CaCO3 tại vị trí 2 theta 26,34;
33,24 điều này khẳng định sự tạo thành của khoáng apatit của hydrogel composit sau khi
ngâm trong dung dịch SBF.
Do đó trên cơ sở kết quả thực nghiệm của luận án cho thấy hydrogel composite TAPEG-Gelatin/BCP có hiệu quả trong quá trình hình thành và phát triển của khoáng apaptite
carbonate.
3.4. HYDROGEL COMPOSITE HPA-CHITOSAN/BCP
Tổng hợp HPA-Chitosan thông qua phản ứng giữa nhóm amin của chitosan và nhóm
carboxyl của HPA. Sử dụng phƣơng pháp 1H-NMR xác định thành phần, cấu trúc của HPAChitosan.
Hydrogel và hydrogel composite đƣợc điều chế trong sự hiện diện của HRP và H2O2 ở
nhiệt độ phòng. Thời gian tạo gel, hình thái và khối lƣợng suy giảm của hydrogel HPAChitosan và hydrogel composite HPA-Chitosan/BCP đƣợc khảo sát.
3.5. HYDROGEL COMPOSITE TA-TE-CHITOSAN/BCP
Tyramintetronicchitosan đƣợc tổng hợp qua 3 giai đoạn
Tổng hợp tetronicNPC, trƣớc hết chúng tôi hoạt hóa 4 nhóm −OH cuối mạch của
tetronic bởi pnitrophenyl chloroformate (NPC) tạo sản phẩm Tetronic  NPC.
Tổng hợp tyramintetronicNPC, tetronic NPC đƣợc dùng làm tác chất cho phản
ứng ghép với tyramin (TA). Trong phản ứng này liên kết urethane đƣợc tạo thành từ phản ứng
giữa tử nitơ trong phân tử tyramin và nhóm C=O của hợp chất Tetronic  NPC tạo sản phẩm
là TA  Tetronic  NPC.
Tổng hợp tyramintetronicchitosan, trong giai đoạn phản ứng này, nhóm NH2 trên

3.7. HYDROGEL COMPOSITE TAPEGCHITOSAN OXI HÓA/BCP
TAPEGChitosan oxi hóa đƣợc tổng hợp qua 4 bƣớc:
Oxi hóa chitosan dùng NaIO4, ion periodate sẽ tấn công vào nhóm ancol lân cận và
nhóm amin sẽ tách ra khỏi sƣờn carbon-carbon, dẫn đến hình thành nhóm dialdehyde. Mức độ
oxi hóa của chitosan khoảng 14% đƣợc tính bằng tỷ lệ tích phân của proton H (glucosamin)
trong TA-PEG-Chitosan và TA-PEG-Chitosan oxi hóa.
Tổng hợp NPC-PEG-NPC, hai nhóm OH cuối của PEG sẽ đƣợc hoạt hóa bởi p
nitrophenyl chloroformate tạo sản phẩm trung gian PEG- NPC.
Tổng hợp TA-PEG-NPC, trong giai đoạn này, liên kết urethane đƣợc tạo thành từ
phản ứng giữa nguyên tử nitơ trong phân tử tyramin và nhóm C=O của hợp chất NPC-PEGNPC tạo sản phẩm TA-PEG-NPC.
Sử dụng phƣơng pháp 1H-NMR xác định thành phần, cấu trúc của TA-PEG-Chitosan
oxi hóa.
Hydrogel và hydrogel composite đƣợc điều chế trong sự hiện diện của HRP và H2O2 ở
nhiệt độ phòng. Thời gian tạo gel, hình thái, khối lƣợng suy giảm, tính tƣơng hợp sinh học, và
khả năng tạo khoáng của hydrogel TA-PEG-Chitosan oxi hóa và hydrogel composite TAPEG-Chitosan oxi hóa/BCP đƣợc khảo sát.

Footer Page 21 of 148.

Trang 21


Header Page
22 of
Tóm
tắt148.
luận án tiến sĩ ngành khoa học vật liệu
3.8. SO SÁNH CÁC HYDROGEL VÀ HYDROGEL COMPOSITE TRÊN CƠ
SỞ POLYMER SINH HỌC (GELATIN, CHITOSAN) VÀ BCP
Thời gian tạo gel của tất cả các hệ hydrogel composite trên cơ sở polymer sinh học
(gelatin, chitosan) và BCP ngắn nên có thể ứng dụng các hệ gel trên trong việc tiêm trực tiếp


6

TA-PEGGelatin/10%BCP

7

8

9

Hình
thái

Khối
lƣợng
suy
giảm

Tính
thƣơng
hợp sinh
học

Cấu
trúc
xốp
Cấu
trúc
xốp

Cấu
trúc
xốp
HPACấu
Chitosan/5%BCP trúc
xốp
HPACấu
Chitosan/10%BCP trúc
xốp

40,35%
sau 762
giờ
38,54%
sau 762
giờ
5,52%
sau 762
giờ

HPA-Chitosan

Footer Page 22 of 148.

sau 4
tuần

Tƣơng
hợp sinh
học

Không phù hợp
ứng dụng cho
xƣơng
Phù hợp ứng
dụng cho xƣơng

Có khả năng
tạo khoáng

Phù hợp ứng
dụng cho xƣơng

Không phù hợp
ứng dụng cho
xƣơng
Không phù hợp
ứng dụng cho
xƣơng
Không phù hợp
ứng dụng cho
xƣơng


Header Page
23 of
Tóm
tắt148.
luận án tiến sĩ ngành khoa học vật liệu
10


Phù hợp ứng
Chitosan/5%BCP trúc
sau 4
hợp sinh
tạo khoáng
dụng cho xƣơng
xốp
tuần
học
TA-TeCấu 17,01% Tƣơng
Có khả năng
Phù hợp ứng
Chitosan/10%BCP trúc
sau 4
hợp sinh
tạo khoáng
dụng cho xƣơng
xốp
tuần
học
TA-PEG-Chitosan Cấu 18,85% Tƣơng
Không có khả Không phù hợp
trúc
sau 4
hợp sinh
năng tạo
ứng dụng cho
xốp
tuần
học

năng tạo
ứng dụng cho
xốp
tuần
học
khoáng
xƣơng
TA-PEG-Chitosan Cấu 17,02% Tƣơng
Có khả năng
Phù hợp ứng
oxi hóa/5%BCP
trúc
sau 4
hợp sinh
tạo khoáng
dụng cho xƣơng
xốp
tuần
học
TA-PEG-Chitosan Cấu 14,87% Tƣơng
Có khả năng
Phù hợp ứng
oxi hóa/10%BCP trúc
sau 4
hợp sinh
tạo khoáng
dụng cho xƣơng
xốp
tuần
học

tăng do chitosan tƣơng hợp sinh học, có khả năng bám dính tế bào tốt nhƣng khả năng kích
thích tế bào phát triển kém, mặt khác BCP kích thích, thúc đẩy sự phát triển của tế bào.
Sau 2 tuần ngâm ngâm vật liệu trong dung dịch SBF, trên bề mặt vật liệu hydrogel
composite đều xuất hiện kết tủa khoáng apatite carbonate, nhƣng vật liệu hydrogel không có
khả năng tạo khoáng. BCP có vai trò nhƣ các mầm apatite carbonate, và BCP cũng là nguồn
cung cấp ion calcium và phosphate cho quá trình phát triển mầm tinh của tinh thể apatite
carbonate.
KẾT LUẬN
Từ những kết quả nghiên cứu hoàn thành nội dung luận án, chúng tôi rút ra
những kết luận chính sau:
1. Đã tổng hợp thành công biphasic calcium phosphate (BCP) với các tỷ lệ HAp: -TCP
khác nhau khi thay đổi tỉ lệ mol Ca:P và thay đổi pH môi trƣờng phản ứng bằng phƣơng pháp
kết tủa kết hợp sóng siêu âm. Sản phẩm thu đƣợc từ phƣơng pháp này có kích thƣớc hạt tƣơng
đối đồng đều, kích thƣớc hạt của sản phẩm từ 70 đến 100 nm.
2. Đã tổng hợp thành công 2 dẫn xuất của gelatin (gelatin- tyramin (GTA), tyraminpolyethylene glycol-gelatin (TA-PEG-gelatin), và 4 dẫn xuất của chitosan (chitosan
hydroxyphenyl acetic (CHPA), tyramin-tetronic-chitosan (TTeC), tyramin-polyethylene
glycol-chitosan (TA-PEG-chitosan) và tyramin-polyethylene glycol-chitosan oxi hóa (TAPEG-chitosan oxi hóa)). Sử dụng phƣơng pháp 1H-NMR phân tích thành phần, cấu trúc các
dẫn xuất polymer.
3. Đã tổng hợp thành công in situ hydrogel GTA, TA-PEG-gelatin, CHPA, TTeC, TAPEG-chitosan và TA-PEG-chitosan oxi hóa bằng xúc tác enzyme Horseradish peroxidase
trong sự hiện diện của hydrogen peroxide.
4. Đã tổng hợp thành công in situ hydrogel composite GTA/BCP, TA-PEG-gelatin/BCP,
CHPA/BCP, TteC/BCP, TA-PEG-chitosan/BCP và TA-PEG-chitosan oxi hóa/BCP bằng xúc
tác enzyme Horseradish peroxidase trong sự hiện diện của hydrogen peroxide. Sử dụng kính
hiển vi điện tử quét SEM để quan sát hình thái của hydrogel composite. Sử dụng phƣơng pháp
trọng lƣợng để đánh giá sự suy giảm của hydrogel composite. Sử dụng các kỹ thuật nuôi cấy
tế bào để đánh giá tƣơng hợp sinh học của các loại hydrogel composite tổng hợp. Sử dụng
Footer Page 24 of 148.

Trang 24


2. Nguyen Thi Phuong, Viet Anh Ho, Dai Hai Nguyen, Nguyen Cuu Khoa, Tran Ngoc
Quyen, Yun Ki Lee and Ki Dong Park, Enzyme-mediated fabrication of the oxidized chitosan
hydrogel for tissue sealant Journal of Bioactive and compatible polymer (IF: 2.4; Accepted).
CÔNG BỐ TRONG NƢỚC
1. Ngoc Quyen Tran, Cuu Khoa Nguyen, Thi Phuong Nguyen, Synthesis of nano
hydroxyapatite by untrasound assisted process for biomaterial application, Tạp Chí Hóa học
51, 89-91, 2013.
2. Trần Ngọc Quyển, Nguyễn Cửu Khoa, Nguyen Thi Phuong, Enzyme–mediated
formation of chitosan–based hydrogels for tissue regeneration, Tạp chí Khoa Học và Công
Nghệ 51 (5A) (2013) 283–295, 2013.
3. Nguyen Thị Phuong, Hoang Nguyen, Tran NgocQuyen, Nguyen Cuu Khoa, Synthesis
nano biphasic calcium phosphate by untrasound assisted process for biomaterial application.
Journal of Science and Technology, 51 (5C) 635-640, 2014.
THAM GIA HỘI NGHỊ QUỐC TẾ
1. Ngoc Quyen Tran, Thi Phuong Nguyen, Cuu Khoa Nguyen, Injectable chitosan-based
hydrogels/hydrogel composite for bone regeneration and tissue adhesion, Oral presentation
13th Asian BioCeramics Symposium 2013, Kyoto University, Japan.
2. Thi Phuong Nguyen, Bach Hai Phuong Doan, Dinh Vu Dang, Cuu Khoa Nguyen and
Ngoc Quyen Tran, Enzyme-mediated in situ preparation of biocompatible hydrogel
Footer Page 25 of 148.

Trang 25