Dung môi sau khi được hòa vào nước sẽ tách vi nhựa, giúp loại bỏ một cách dễ dàng (Nguồn: Đại học Missouri).

Đã có nhiều nghiên cứu phát hiện vi nhựa xuất hiện ở khắp mọi nơi trên thế giới cho dù đó là Bắc Cực, rãnh Mariana – nơi sâu nhất của tất cả các đại dương hay trên đỉnh Everest. Các nghiên cứu gần đây còn phát hiện, vi nhựa xuất hiện cả trong nước uống, thực phẩm từ đó thâm nhập vào trong máu, phổi, gan và thận… Các nghiên cứu về tác hại của vi nhựa đối với cơ thể con người mới chỉ được thực hiện trong những năm gần đây. Các vấn đề về hô hấp, tiêu hóa, nội tiết, phát triển và sinh sản, thậm chí cả ung thư, đang bắt đầu được liên kết với việc hấp thụ phải vi nhựa.

Để hạn chế vấn đề này, các nhà nghiên cứu của Đại học Missouri (Hoa Kỳ) đã phát triển phương pháp đơn giản và an toàn để loại bỏ hơn 98% hạt vi nhựa siêu nhỏ ra khỏi nước. Sử dụng các thành phần tự nhiên không độc hại và kỵ nước, các nhà nghiên cứu đã tạo ra một dung môi lỏng nổi trên mặt nước, giống như dầu. Dung môi này sẽ được khuấy vào nước, sau đó, nó phân tách lại và nổi trở lại mặt nước mang theo hơn 98% vi nhựa siêu nhỏ lên bề mặt, từ đó, chúng có thể được dễ dàng hớt bỏ ra khỏi nước. Với tính chất kỵ nước, ít có nguy cơ để lại ô nhiễm từ dung môi eutectic.

Hình ảnh thực tế của dung môi eutectic (Nguồn: Đại học Missouri).

Hiện tại, chúng ta có một số cách để loại bỏ vi nhựa khỏi nước uống, tùy thuộc vào kích thước. Bộ lọc than hoạt tính cơ bản không được thiết kế đặc biệt để loại bỏ vi nhựa, nhưng khá hiệu quả trong việc loại bỏ bất cứ thứ gì lớn hơn 5 micron. Bộ lọc nhiều tầng với kích thước lỗ 1 micron là rất tốt để loại bỏ vi nhựa. Hệ thống thẩm thấu ngược, sử dụng nước ép qua các lỗ nhỏ chỉ bằng một 1/10.000.000 của 1 micron, là một trong những phương pháp tốt nhất để loại bỏ bất kỳ chất gây ô nhiễm nào từ nước; tuy nhiên, các bộ lọc này dễ bị tắc nghẽn và cần được vệ sinh thường xuyên. Một phương pháp khác là chưng cất nước gần như loại bỏ 100% vi nhựa, nhưng cũng loại bỏ luôn cả các khoáng chất tốt mà cơ thể chúng ta cần.

Phó giáo sư Gary Baker – Khoa Hóa học, Đại học Missouri (Hoa Kỳ) cho biết, chiến lược của nhóm nghiên cứu là sử dụng một lượng nhỏ dung môi đặc biệt để hấp thụ các hạt nhựa từ một lượng lớn nước. Hiện tại, khả năng chứa vi nhựa tối đa của dung môi này chưa được xác định một cách chính xác. Trong các nghiên cứu tương lai, các nhà khoa học sẽ xác định khả năng tối đa của dung môi. Ngoài ra, nhóm nghiên cứu sẽ nghiên cứu thêm các phương pháp để tái chế dung môi, cho phép sử dụng lại nhiều lần nếu cần thiết.

TXB (theo Newatlas)

Một số phần của não bộ có xu hướng teo lại và biến dạng (ảnh: Zephyr/SPL).

TS Andrei Irimia, Đại học Southern California (Hoa Kỳ), người không tham gia vào nghiên cứu này đánh giá, kết quả của công trình này rất đáng chú ý, giúp nâng cao đáng kể sự hiểu biết của các nhà khoa học về lão hóa. Trước nghiên cứu này, chúng ta biết rằng, cấu trúc não thay đổi theo tuổi tác và bệnh tật, tuy nhiên, khả năng nắm bắt sự tương tác phức tạp giữa chúng vẫn còn rất khiêm tốn.

Theo TS Christos Davatzikos, chuyên gia hình ảnh y sinh tại Đại học Pennsylvania (Hoa Kỳ), lão hóa không chỉ gây ra tóc bạc mà còn dẫn đến những thay đổi trong cấu trúc não bộ có thể nhìn thấy qua các hình ảnh chụp cộng hưởng từ (MRI). Nhưng những biến đổi này là rất nhỏ, vì vậy mắt người không thể nhận ra các mô hình thay đổi trong não có liên quan đến sự suy giảm này.

Các nghiên cứu trước đây đã chứng minh rằng, phương pháp học máy có thể “tìm ra” những dấu vết tinh vi của lão hóa từ dữ liệu MRI. Tuy nhiên, những nghiên cứu đó thường bị hạn chế về phạm vi và hầu hết chỉ bao gồm dữ liệu từ một số lượng người tương đối nhỏ. Để xác định các mô hình rộng hơn, nhóm của TS Christos Davatzikos đã mất 8 năm để hoàn thành và công bố kết quả của nghiên cứu này. Nhóm nghiên cứu sử dụng một phương pháp học sâu gọi là Surreal-GAN (phương pháp học biểu diễn bán giám sát được thiết kế để xác định tính không đồng nhất liên quan đến bệnh tật giữa các nhóm bệnh nhân). TS Christos Davatzikos và cộng sự đã đào tạo thuật toán trên các hình ảnh MRI của não từ 1.150 người khỏe mạnh ở độ tuổi 20-49 và 8.992 người lớn tuổi, bao gồm những người đã trải qua suy giảm nhận thức. Điều này đã dạy thuật toán nhận ra các đặc điểm lặp lại của bộ não lão hóa, từ đó cho phép tạo ra một mô hình nội bộ về các cấu trúc giải phẫu có xu hướng thay đổi cùng lúc so với các cấu trúc có xu hướng thay đổi độc lập. Các nhà nghiên cứu sau đó đã áp dụng mô hình này vào hình ảnh MRI của gần 50.000 người tham gia các nghiên cứu về lão hóa và sức khỏe thần kinh. Qua phân tích, họ đã phát hiện ra 5 mô hình teo não khác nhau.

Chứng sa sút trí tuệ (giai đoạn sớm là chứng suy giảm nhận thức nhẹ) có liên quan đến 3/5 mô hình nghiên cứu. Đặc biệt, các mô hình này có thể dự đoán khả năng teo não trong tương lai. Theo TS Christos Davatzikos, nếu muốn dự đoán sự chuyển biến từ nhận thức bình thường sang suy giảm nhận thức nhẹ, một mô hình có thể giúp dự đoán chính xác những biến đổi này. Khi bệnh tiến triển đến giai đoạn muộn hơn, việc sử dụng thêm một mô hình thứ hai sẽ nâng cao độ chính xác của dự đoán. Kết quả kết hợp 3 mô hình đã cho thấy những dự đoán rất chính xác nguy cơ tử vong.

Bên cạnh đó, nhóm nghiên cứu còn phát hiện ra mối liên hệ rõ ràng giữa một số mô hình teo não và các yếu tố sinh lý, môi trường, bao gồm việc uống rượu và hút thuốc, cũng như các dấu hiệu di truyền và sinh hóa liên quan đến sức khỏe. TS Christos Davatzikos cho rằng, những kết quả này có thể phản ánh ảnh hưởng của sức khỏe tổng thể đối với sức khỏe thần kinh, vì tổn thương các hệ cơ quan khác có thể ảnh hưởng đến não bộ. Các nhà khoa học cho biết, họ đang tìm cách làm việc với các tập dữ liệu bao gồm nhiều tình trạng thần kinh hơn với sự đa dạng về chủng tộc và sắc tộc.

BL (theo Nature)

Khi được kích hoạt loại vi khuẩn này sẽ tiến hành phân hủy nhựa (Nguồn: Newatlas).

Bào tử là dạng trạng thái “nghỉ ngơi” của một số loại vi khuẩn, thường hình thành khi nguồn dinh dưỡng cạn kiệt. Bào tử được bảo vệ bởi lớp vỏ cứng, giúp chúng sống sót qua nhiệt độ cao, áp suất lớn, môi trường khô hạn và hóa chất ăn mòn. Điều này làm cho chúng trở thành một trong những dạng sống bền bỉ nhất. Bào tử có thể duy trì trạng thái không hoạt động trong nhiều năm, thậm chí hàng thế kỷ và chỉ kích hoạt lại khi gặp điều kiện môi trường thích hợp. Bên cạnh đó, một số loại vi khuẩn cũng được biết đến với khả năng phân hủy rác thải nhựa. Tận dụng những đặc tính đó, các nhà khoa học của Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc đã sử dụng bào tử của những vi khuẩn này và gắn chúng vào nhựa rắn, loại nhựa này vẫn bền chắc cho đến khi bào tử được kích hoạt trở lại.

Nhóm nghiên cứu đã tạo ra một dạng vi khuẩn Bacillus subtilis được biến đổi gen để tiết ra enzyme phân hủy nhựa có tên là lipase BC. Khi vi khuẩn này bị căng thẳng do tiếp xúc với ion kim loại nặng chúng sẽ chuyển sang dạng bào tử. Những bào tử này sau đó được trộn với các hạt nhựa PCL (polycaprolactone), hỗn hợp này sau đó được nung chảy và ép thành các mảnh nhựa rắn.

Các thử nghiệm cho thấy, nhựa “sống” này hoạt động tương tự như nhựa PCL thông thường trong điều kiện sử dụng hằng ngày. Tuy nhiên, khi một enzyme đặc biệt được dùng lên bề mặt nhựa, nó sẽ ăn mòn bề mặt và kích hoạt các bào tử bên trong. Khi bào tử được kích hoạt, vi khuẩn bắt đầu tiết ra lipase BC một lần nữa và hoàn toàn phân hủy nhựa trong vòng 6-7 ngày. Nhóm nghiên cứu cho biết, bào tử cũng có thể được kích hoạt khi nhựa được ủ phân. Các mẫu nhựa được đặt trong đất đã hoàn toàn phân hủy sau 25-30 ngày. Mặc dù, nhựa PCL thông thường cũng có khả năng tự phân hủy theo thời gian, tuy nhiên quá trình này diễn ra rất chậm. Thực tế, các nhà khoa học cũng có thể tích hợp bào tử vào các loại nhựa không phân hủy sinh học như polyethylene, sau đó kích hoạt lại bào tử để tiết ra lipase BC bằng cách nghiền nhựa. Theo nhóm nghiên cứu, sẽ cần thực hiện thêm thí nghiệm để xác định mức độ phân hủy của các loại nhựa sống này bởi enzyme. Nhưng với kết quả tích cực, nghiên cứu đã mở ra hướng đi mới cho ngành sản xuất nhựa thân thiện với môi trường.

Xuân Bình (theo Newatlas)

Hình ảnh dây chằng nhân tạo phân hủy sinh học được phát triển từ sợi polymer sinh học.

Dây chằng nhân tạo phân hủy sinh học được phát triển từ sợi polymer sinh học (polycaprolactone và trước đây là Polyethylene terephthalate) có thể thúc đẩy quá trình tái tạo của mô dây chằng đã đứt. Nó được dùng để ghép thay thế tạm thời dây chằng bị tổn thương nhằm giữ cố định khớp gối và trở thành khung vật liệu để thúc đẩy sự tái tạo tế bào mô thành dây chằng mới. Bề mặt của các sợi polymer này được chức năng hóa bởi các nhóm phân tử có hoạt tính sinh học cho phép cho phép chúng tăng cường sự bám dính của tế bào. Khi đó, các tế bào sợi (fibroblast) sẽ bám dính trên bề mặt khung sợi và phát triển thành mô dây chằng mới, đồng thời các sợi polymer sẽ phân hủy chậm trong cơ thể mà không gây độc tế bào cho đến khi dây chằng mới được tái tạo, thay thế dây chằng nhân tạo mà không cần đến phẫu thuật loại bỏ.

Bó sợi polymer sinh học của dây chằng nhân tạo được thử nghiệm hoạt tính sinh học trên tế bào mô sợi trong ống nghiệm.

Nhóm nghiên cứu đã thực hiện phủ bề mặt bằng phương pháp ghép phân tử theo cơ chế ghép polymer bằng gốc tự do (Atom transfer radical polymerization), tiếp cận theo hướng từ dưới lên (Bottom-up) và sử dụng các phân tích hóa lý, cơ học, và nuôi cấy tế bào invitro để đánh giá tính chất lý hóa và khả năng sinh học của bề mặt vật liệu với các tế bào sợi. Một trong những phương pháp tiền xử lý bề mặt để ghép các phân tử chức năng mà nhóm nghiên cứu tập trung là hoạt hóa bề mặt bằng ozone với các ưu điểm về khả năng xử lý đồng đều bề mặt của các đối tượng có cấu trúc không gian phức tạp với phạm vi ứng dụng rộng rãi từ polymer cho đến kim loại.

Việc phát triển dây chằng nhân tạo đặt ra những yêu cầu vô cùng khắt khe về tính tương thích sinh học. Vật liệu không chỉ cần phù hợp với cơ thể mà còn phải tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của tế bào mô mới. Đối với dây chằng nhân tạo, việc đáp ứng các yêu cầu về tính cơ học là vô cùng quan trọng. Sợi biopolymer phải đủ bền để chịu được lực kéo, xoắn và trọng lực tác động lên khớp gối trong quá trình vận động. Đồng thời, bề mặt vật liệu cần được thiết kế để tăng cường khả năng bám dính và kích thích sự phát triển của tế bào sợi thành mô dây chằng mới.

Nhóm nghiên cứu đã tập trung vào việc chức năng hóa bề mặt sợi polymer bằng các phân tử sinh học, tạo ra một môi trường vi mô mô phỏng ma trận ngoại bào tự nhiên. Nhờ đó, tế bào có thể dễ dàng bám dính và phát triển, hình thành nên mô dây chằng mới một cách tự nhiên và bền vững. Đầu tiên, bề mặt của các sợi polymer được hoạt hóa bằng cách phủ một lớp polystyrene sulfonate. Loại phân tử này không chỉ có khả năng bám dính tốt mà còn tạo ra một môi trường thuận lợi cho sự phát triển của tế bào. Để đảm bảo lớp phủ phân bố đều trên toàn bộ bề mặt sợi, đặc biệt là ở những khu vực có cấu trúc phức tạp, nhóm nghiên cứu đã sử dụng kỹ thuật ozone hóa nhằm kiểm soát khả năng phủ hoàn toàn bề mặt 3D của các bó sợi polymer.

Hình ảnh mô phỏng dây chằng nhân tạo.

Bên cạnh đó, nhóm nghiên cứu đã phát triển các lớp phủ mới có gốc sulfonate và acrylic acid lên bề mặt của vật liệu sinh học để ngăn chặn sự bám dính của vi khuẩn và tế bào. Trong đó tập trung vào cấu trúc nano bề mặt và tương tác tĩnh điện để hạn chế sự tiếp xúc của vi khuẩn với bề mặt và cản trở sự kết dính của chúng, tránh gây bệnh đến cơ thể chủ. Ngoài ra trong một số trường hợp, việc cấy ghép khung vật liệu vào cơ thể chỉ mang tính tạm thời để cố định chỗ gãy, nứt, hoặc che chắn vết thương cho đến khi phần tổn thương đó lành lại, khi đó sự bám dính của mô lên các vật liệu lại trở thành vấn đề cần giải quyết. Do đó, nhóm nghiên cứu đã phát triển các lớp phủ lên bề mặt của vật liệu sinh học (như titanium, cellulose, màng collagene) để ngăn chặn sự bám dính. Toàn bộ quá trình nghiên cứu, chế tạo sản phẩm đều trải qua sự kiểm soát nghiêm ngặt về điều kiện y tế trước khi thử nghiệm và cấy ghép trên chuột, cừu, sau đó là con người.

Với những ưu thế về vật liệu, phương pháp này có thể thúc đẩy sự hồi phục chấn thương nhanh hơn, ít rủi ro, hiệu quả và ít tốn kém hơn so với các phương pháp phẫu thuật nối ghép mô truyền thống, vốn là những phương pháp dễ gây viêm nhiễm, lây truyền bệnh và chi phí cao. Đây là giải pháp hữu ích cho bệnh nhân gặp chấn thương liên quan tới đầu gối, thường gặp ở người chơi thể thao, đặc biệt là với các cầu thủ bóng đá, người lao động nặng hoặc vận động sai cách. Hiện tại, công nghệ chế tạo dây chằng sinh học của nhóm nghiên cứu đã được 2 công ty của Pháp là Texinov và Movmedix đưa vào sản xuất và thử nghiệm lâm sàng (sau khi vượt qua các tiêu chuẩn kiểm định khắt khe của Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ, cũng như các tiêu chuẩn liên quan của châu Âu).

Trong thời gian tới, nhóm nghiên cứu sẽ tiếp tục phối hợp với Đại học Công nghệ Compiègne (Pháp) và Đại học Saarland (Đức) trong phát triển chuyển gen và gen hướng dẫn bằng giàn giáo cho tái tạo mô xương, sụn và dây chằng, đồng thời tiếp tục đẩy mạnh khám phá và ứng dụng các vật liệu sinh học mới, nhằm tối ưu hóa quá trình tương tác giữa vật liệu và tế bào. Mục tiêu của nhóm là tạo ra các giải pháp toàn diện cho việc tái tạo không chỉ dây chằng, mà còn cả các mô xương và sụn khớp, giúp bệnh nhân phục hồi chức năng một cách nhanh chóng và hiệu quả. Bên cạnh đó, nhóm cũng sẽ tích cực tham gia đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao, góp phần xây dựng một cộng đồng nghiên cứu mạnh trong lĩnh vực kỹ thuật mô tại Việt Nam.