Luận văn thạc sĩ nghiên cứu hoạt tính cảm ứng sự hình thành xương của dẫn xuất polysaccharide từ hạt cây me tamarindus indica l

Luận văn thạc sĩ phân tích nghiên cứu hoạt tính cảm ứng sự hình thành xương của dẫn xuất polysaccharide từ hạt cây me, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất giải pháp khả

• Tác giả: Nguyễn Văn Ngọc
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Thị Mai Phương
• Trường học: Học viện Khoa học và Công nghệ
• Chuyên ngành: Công nghệ sinh học
• Đề tài: Nghiên Cứu Hoạt Tính Cảm Ứng Sự Hình Thành Xương Của Dẫn Xuất Polysaccharide Từ Hạt Cây Me
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 1.1. TỔNG QUAN VỀ LOÃNG XƯƠNG
• 1.1.1. Lịch sử, định nghĩa, và phân loại loãng xương
• 1.1.1.1. Lịch sử bệnh loãng xương
• 1.1.2. Cơ chế và các phương pháp điều trị bệnh loãng xương
• 1.1.2.1. Cơ chế
• 1.1.2.2. Các phương pháp điều trị loãng xương
• 1.1.3. Tình hình nghiên cứu loãng xương trên thế giới và ở Việt Nam
• 1.1.3.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước

Tóm tắt

I. Giới thiệu về loãng xương

Loãng xương là một căn bệnh phổ biến toàn cầu, gây ra sự giảm mật độ xương và tăng nguy cơ gãy xương. Theo thống kê, có khoảng 200 triệu người trên thế giới mắc bệnh này, trong đó có khoảng 2,8 triệu người Việt Nam. Bệnh loãng xương xảy ra do sự mất cân bằng giữa quá trình tạo xương và huỷ xương, trong đó quá trình tạo xương diễn ra chậm hơn. Việc tìm kiếm các chất có khả năng kích thích sự hình thành xương là một hướng nghiên cứu quan trọng. Các thuốc hiện có chủ yếu tập trung vào việc giảm sự mất xương, trong khi rất ít chất có khả năng kích thích tạo xương. Do đó, việc phát hiện và sử dụng các chất tự nhiên có khả năng cảm ứng tái tạo xương mới là một hướng nghiên cứu tiềm năng.

1.1. Tác động của loãng xương đến sức khỏe

Loãng xương không chỉ ảnh hưởng đến sức khỏe cá nhân mà còn tác động đến chất lượng cuộc sống. Những người mắc bệnh này thường gặp khó khăn trong việc thực hiện các hoạt động hàng ngày, dẫn đến giảm khả năng tự chăm sóc bản thân. Hơn nữa, gãy xương do loãng xương có thể gây ra các biến chứng nghiêm trọng, thậm chí tử vong. Do đó, việc nghiên cứu và phát triển các phương pháp điều trị hiệu quả cho bệnh loãng xương là rất cần thiết.

II. Polysaccharide từ hạt cây me

Polysaccharide từ hạt cây me (Tamarindus indica L.) đã được chứng minh có nhiều hoạt tính sinh học quý. Chất này không chỉ có khả năng chống oxy hóa mà còn có tác dụng hạ cholesterol và giảm nguy cơ xơ vữa động mạch. TSP (Tamarind Seed Polysaccharide) còn được sử dụng như một chất làm đặc và ổn định trong nhiều ứng dụng thực phẩm và dược phẩm. Đặc biệt, các hợp chất chiết xuất từ hạt me đã cho thấy tác dụng tích cực trong việc bảo vệ xương và điều trị một số bệnh xương khớp. Tuy nhiên, nghiên cứu về cơ chế tác dụng của TSP đối với quá trình biệt hóa tế bào tạo xương vẫn còn hạn chế.

2.1. Tác dụng của TSP đối với xương

Nghiên cứu cho thấy TSP có khả năng kích thích sự biệt hóa tế bào tạo xương, từ đó thúc đẩy quá trình tái tạo xương. Các thí nghiệm in vitro đã chỉ ra rằng TSP có thể làm tăng sự biểu hiện của các yếu tố sinh học quan trọng trong quá trình tạo xương. Điều này mở ra triển vọng cho việc phát triển các liệu pháp điều trị loãng xương dựa trên polysaccharide tự nhiên này.

III. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu này sử dụng các phương pháp hiện đại để đánh giá tác dụng của TSP lên quá trình hình thành xương. Các mẫu tế bào được nuôi cấy trong môi trường có chứa TSP và được theo dõi sự phát triển cũng như sự biệt hóa của tế bào tạo xương. Các chỉ số sinh học như sự biểu hiện của alkaline phosphatase (ALP) và osteocalcin (OSC) sẽ được đo lường để đánh giá hiệu quả của TSP. Kết quả từ nghiên cứu này sẽ cung cấp thông tin quan trọng về khả năng ứng dụng của TSP trong điều trị loãng xương.

3.1. Thiết kế thí nghiệm

Thí nghiệm được thiết kế với nhiều nhóm mẫu khác nhau, trong đó có nhóm đối chứng và nhóm thử nghiệm có bổ sung TSP. Các mẫu sẽ được theo dõi trong một khoảng thời gian nhất định để đánh giá sự thay đổi về mật độ xương và các chỉ số sinh học liên quan. Phân tích dữ liệu sẽ được thực hiện bằng các phương pháp thống kê phù hợp để đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy của kết quả.

IV. Kết luận và triển vọng

Nghiên cứu này không chỉ cung cấp cái nhìn sâu sắc về tác dụng của polysaccharide từ hạt cây me đối với sự hình thành xương mà còn mở ra hướng đi mới trong việc phát triển các liệu pháp điều trị loãng xương. Việc sử dụng các chất tự nhiên có khả năng kích thích tái tạo xương có thể giúp cải thiện sức khỏe xương khớp cho nhiều người, đặc biệt là những người cao tuổi. Hướng nghiên cứu này cần được tiếp tục mở rộng để xác định rõ hơn cơ chế tác dụng và khả năng ứng dụng thực tiễn của TSP trong y học.

4.1. Hướng nghiên cứu tiếp theo

Các nghiên cứu tiếp theo nên tập trung vào việc xác định các cơ chế phân tử của TSP trong quá trình tạo xương. Ngoài ra, việc thử nghiệm trên các mô hình động vật cũng sẽ giúp đánh giá hiệu quả và an toàn của TSP trong điều trị loãng xương. Điều này sẽ tạo điều kiện cho việc phát triển các sản phẩm dược phẩm mới từ nguồn nguyên liệu tự nhiên, góp phần nâng cao sức khỏe cộng đồng.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Loãng xương là một bệnh lý phổ biến toàn cầu, ảnh hưởng đến khoảng trên 200 triệu người và khoảng 2,8 triệu người tại Việt Nam. Bệnh đặc trưng bởi sự mất cân bằng giữa quá trình tạo xương và hủy xương, trong đó quá trình tạo xương diễn ra chậm hơn hủy xương, dẫn đến giảm mật độ và chất lượng xương, tăng nguy cơ gãy xương. Hiện nay, các phương pháp điều trị chủ yếu tập trung vào việc ức chế hủy xương, trong khi các chất có khả năng kích thích tạo xương còn rất hạn chế. Việc sử dụng các hợp chất tự nhiên có khả năng cảm ứng tái tạo xương, ít tác dụng phụ, đang là hướng nghiên cứu mới đầy tiềm năng.

Cây me (Tamarindus indica L.) là một nguồn dược liệu phong phú tại Việt Nam, chứa polysaccharide từ hạt me (TSP) với nhiều hoạt tính sinh học quý như chống oxy hóa, hạ cholesterol, kháng viêm và khả năng làm vật liệu sinh học scaffold trong kỹ thuật mô xương. Tuy nhiên, các nghiên cứu sâu về cơ chế tác dụng của TSP và các dẫn xuất sulfate hóa của nó (TSPS) đối với quá trình biệt hóa tế bào tạo xương vẫn còn thiếu vắng. Luận văn này nhằm nghiên cứu hoạt tính cảm ứng sự hình thành xương của dẫn xuất polysaccharide từ hạt me trên mô hình in vitro, góp phần khai thác nguồn nguyên liệu tự nhiên phong phú của Việt Nam và phát triển các liệu pháp điều trị loãng xương mới.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết về sinh học tế bào xương, đặc biệt là quá trình remodel xương gồm các giai đoạn: hoạt hóa, hủy xương, trung gian, tạo xương và khoáng hóa. Quá trình này được điều hòa bởi các tế bào tạo xương (osteoblast) có nguồn gốc từ tế bào gốc trung mô (MSC) và tế bào hủy xương (osteoclast). Các nhân tố phân tử như ALP, osteopontin, osteocalcin, Runx2 đóng vai trò quan trọng trong biệt hóa và hoạt động của tế bào tạo xương.

Ngoài ra, mô hình vật liệu sinh học scaffold 3D được áp dụng trong kỹ thuật mô xương, với polysaccharide tự nhiên như TSP và các dẫn xuất sulfate hóa được xem là các chất nền tiềm năng giúp kích thích sự phát triển và biệt hóa tế bào tạo xương.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Nguyên liệu quả me được thu thập từ tỉnh Sơn La, Việt Nam. TSP được chiết tách từ hạt me bằng phương pháp hóa học kết hợp enzyme và siêu âm, sau đó tổng hợp dẫn xuất sulfate hóa TSPS theo quy trình hóa học chuẩn.

• Phân tích cấu trúc: Sử dụng phổ hồng ngoại (FT-IR), phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR), sắc ký thẩm thấu gel (GPC) để xác định cấu trúc hóa học, mức độ sulfate hóa và khối lượng phân tử của TSP và TSPS. Hình thái bề mặt được quan sát bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM).

• Phương pháp sinh học: Dòng tế bào tiền tạo xương MC3T3-E1 được nuôi cấy và biệt hóa trong môi trường osteogenic differentiation medium. Đánh giá độc tính tế bào bằng phương pháp MTT để xác định nồng độ an toàn của TSP và TSPS.

• Đánh giá hoạt tính tạo xương: Hoạt tính enzyme alkaline phosphatase (ALP) và mức độ khoáng hóa xương được đo bằng các phương pháp quang phổ và nhuộm Alizarin Red S, phản ánh giai đoạn sớm và muộn của quá trình biệt hóa tế bào tạo xương.

• Xử lý thống kê: Sử dụng t-test hoặc ANOVA với mức ý nghĩa P < 0,05 để phân tích số liệu.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Tinh sạch và tổng hợp dẫn xuất sulfate hóa: TSP được chiết tách với hiệu suất 13,4%, TSPS được tổng hợp thành công với hiệu suất chuyển hóa 86,5%. Mức độ sulfate hóa (DS) của TSPS đạt 0,31 ± 0,06, trong khi TSP không phát hiện sulfate.

2. Cấu trúc và đặc tính vật lý: Phổ FT-IR và NMR xác nhận sự hiện diện nhóm sulfate trong TSPS. SEM cho thấy bề mặt TSPS thô và xốp hơn TSP, tạo điều kiện thuận lợi cho sự bám dính và phát triển tế bào.

3. Khối lượng phân tử: Mw của TSP và TSPS lần lượt là 1,37 x 10^6 và 1,34 x 10^6, phù hợp với các polysaccharide tự nhiên có hoạt tính sinh học.

4. Độc tính tế bào: Cả TSP và TSPS không gây độc tế bào MC3T3-E1 trong khoảng nồng độ 5-40 µg/mL, thậm chí còn tăng khả năng sống sót tế bào.

5. Hoạt tính ALP và khoáng hóa: TSPS làm tăng hoạt tính ALP lên khoảng 20-27% ở nồng độ 20 và 40 µg/mL sau 5 ngày xử lý, trong khi TSP không có tác dụng này. TSPS cũng kích thích sự khoáng hóa canxi của tế bào tạo xương, thể hiện qua nhuộm Alizarin Red S và đo mật độ quang học.

Thảo luận kết quả

Sự sulfate hóa polysaccharide từ hạt me làm tăng đáng kể hoạt tính cảm ứng tạo xương của dẫn xuất TSPS so với polysaccharide tự nhiên TSP. Bề mặt thô xốp của TSPS có thể tạo điều kiện thuận lợi cho sự bám dính và biệt hóa tế bào tạo xương. Kết quả tăng hoạt tính ALP và khoáng hóa cho thấy TSPS kích thích quá trình biệt hóa tế bào tiền tạo xương MC3T3-E1, phù hợp với các nghiên cứu về polysaccharide sulfate khác có tác dụng sinh học tương tự.

So với các nghiên cứu trước đây về các hợp chất tự nhiên như berberine, TSPS thể hiện tiềm năng như một chất cảm ứng tạo xương mới, có thể ứng dụng trong điều trị loãng xương và kỹ thuật mô xương. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh hoạt tính ALP và mức độ khoáng hóa giữa các nhóm điều trị, giúp minh họa rõ ràng hiệu quả của TSPS.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Phát triển thuốc điều trị loãng xương từ TSPS: Khuyến nghị nghiên cứu sâu hơn về cơ chế phân tử và thử nghiệm in vivo để phát triển thuốc điều trị loãng xương dựa trên dẫn xuất sulfate hóa polysaccharide từ hạt me. Thời gian thực hiện dự kiến 2-3 năm, do các viện nghiên cứu sinh học và dược phẩm đảm nhận.

2. Ứng dụng TSPS trong kỹ thuật mô xương scaffold: Đề xuất phối hợp TSPS với các vật liệu sinh học khác để tạo scaffold 3D hỗ trợ tái tạo xương, tăng cường hiệu quả điều trị. Thời gian nghiên cứu và phát triển khoảng 1-2 năm, do các trung tâm công nghệ sinh học thực hiện.

3. Khảo sát độc tính và an toàn lâu dài: Thực hiện các nghiên cứu đánh giá độc tính cấp và mãn tính của TSPS trên mô hình động vật để đảm bảo an toàn trước khi ứng dụng lâm sàng. Thời gian 1-2 năm, do các phòng thí nghiệm dược lý đảm nhiệm.

4. Khuyến khích khai thác nguồn nguyên liệu tự nhiên tại Việt Nam: Tăng cường nghiên cứu và phát triển các polysaccharide từ cây me và các dược liệu bản địa khác nhằm đa dạng hóa nguồn nguyên liệu và giảm chi phí sản xuất thuốc. Các cơ quan quản lý và viện nghiên cứu phối hợp thực hiện trong 3-5 năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu công nghệ sinh học và dược học: Có thể sử dụng kết quả để phát triển các sản phẩm thuốc mới, vật liệu sinh học scaffold hỗ trợ điều trị loãng xương.

2. Bác sĩ và chuyên gia y tế: Nắm bắt thông tin về các liệu pháp điều trị mới từ nguồn tự nhiên, hỗ trợ tư vấn và lựa chọn phương pháp điều trị phù hợp cho bệnh nhân loãng xương.

3. Doanh nghiệp dược phẩm và công nghiệp thực phẩm chức năng: Khai thác tiềm năng polysaccharide từ hạt me để phát triển sản phẩm chức năng hỗ trợ sức khỏe xương khớp, mở rộng thị trường.

4. Sinh viên và học viên cao học ngành sinh học, công nghệ sinh học: Tham khảo phương pháp nghiên cứu, kỹ thuật phân tích cấu trúc polysaccharide và đánh giá hoạt tính sinh học, phục vụ học tập và nghiên cứu khoa học.

Câu hỏi thường gặp

1. Polysaccharide từ hạt me có tác dụng gì đối với xương?
   Polysaccharide từ hạt me, đặc biệt là dẫn xuất sulfate hóa (TSPS), có khả năng kích thích biệt hóa tế bào tạo xương, tăng hoạt tính enzyme ALP và thúc đẩy khoáng hóa canxi, góp phần tái tạo và củng cố cấu trúc xương.

2. TSPS có an toàn khi sử dụng không?
   Nghiên cứu in vitro cho thấy TSPS không gây độc tế bào tiền tạo xương MC3T3-E1 trong khoảng nồng độ 5-40 µg/mL, thậm chí còn tăng khả năng sống sót tế bào, cho thấy tiềm năng an toàn khi sử dụng.

3. Phương pháp tổng hợp dẫn xuất sulfate hóa TSPS như thế nào?
   TSPS được tổng hợp bằng phản ứng hóa học sử dụng tác nhân sulfate hóa từ NaHSO3 và NaNO2, điều chỉnh pH và nhiệt độ để gắn nhóm sulfate lên polysaccharide tự nhiên, tăng cường hoạt tính sinh học.

4. TSPS có thể ứng dụng trong lĩnh vực nào ngoài điều trị loãng xương?
   Ngoài điều trị loãng xương, TSPS có thể được ứng dụng trong kỹ thuật mô xương scaffold, làm chất mang thuốc, vật liệu y sinh, và có tiềm năng trong các lĩnh vực dược phẩm và thực phẩm chức năng.

5. Nghiên cứu này có thể mở rộng như thế nào trong tương lai?
   Nghiên cứu có thể mở rộng bằng các thử nghiệm in vivo để đánh giá hiệu quả và an toàn trên động vật, phân tích cơ chế phân tử chi tiết, và phát triển các sản phẩm thuốc hoặc vật liệu sinh học ứng dụng lâm sàng.

Kết luận

• Đã chiết tách thành công polysaccharide từ hạt me (TSP) và tổng hợp dẫn xuất sulfate hóa (TSPS) với hiệu suất cao và mức độ sulfate hóa rõ ràng.
• TSPS có bề mặt thô xốp, kích thích sự bám dính và biệt hóa tế bào tạo xương MC3T3-E1 hiệu quả hơn TSP tự nhiên.
• TSPS không gây độc tế bào trong khoảng nồng độ nghiên cứu và làm tăng hoạt tính enzyme ALP cùng mức độ khoáng hóa canxi, chỉ số quan trọng của quá trình tạo xương.
• Kết quả nghiên cứu mở ra hướng phát triển các liệu pháp điều trị loãng xương mới dựa trên polysaccharide tự nhiên có hoạt tính cảm ứng tạo xương.
• Các bước tiếp theo bao gồm nghiên cứu cơ chế phân tử, thử nghiệm in vivo và phát triển sản phẩm ứng dụng trong y học và kỹ thuật mô xương.

Khuyến khích các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp quan tâm đầu tư phát triển các sản phẩm từ polysaccharide hạt me để nâng cao hiệu quả điều trị loãng xương và các bệnh lý xương khớp liên quan.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 TỔNG QUAN VỀ LOÃNG XƯƠNG 1. Lịch sử, định nghĩa, và phân loại loãng xương 1. Lịch sử bệnh loãng xương Loãng xương được xác định xuất hiện từ thời Ai Cập cổ đại năm 990 – TCN khi tìm thấy các xác ướp có bướu ở người hạ cấp.

Thế kỷ 18, bác sĩ phẫu thuật người Anh John Hunter đã phát hiện ra rằng khi xương mới được đặt trong cơ thể, xương cũ sẽ bị phân hủy hoặc được tái hấp thụ. Quá trình phân hủy hay tái hấp thu này được chứng minh là đóng vai trò quan trọng trong bệnh loãng xương. Năm 1830, nhà nghiên cứu bệnh học người Pháp Jean Lobstein nhận thấy rằng xương của một số bệnh nhân bị thủng lỗ lớn hơn thông thường và ông đã đặt ra thuật ngữ loãng xương (xương xốp) để mô tả sự thay đổi của xương người. Bình thường Loãng xương Hình 1.

Cấu trúc mô xương người bình thường so với người loãng xương [1] Luan van 4 Mặc dù có lịch sử lâu đời nhưng định nghĩa bệnh loãng xương mới chỉ được Tổ chức Y tế Thế giới (World Health Organization - WHO) chính thức đưa ra vào năm 1991 tại Thụy Sĩ và tiếp tục hoàn thiện cập nhật vào năm 2001[1]. Loãng xương được định nghĩa là một tình trạng rối loạn chuyển hóa của bộ xương làm giảm sức mạnh của xương dẫn đến làm tăng nguy cơ gãy xương. Sức mạnh của xương được phản ánh thông qua hai yếu tố: khối lượng xương và chất lượng xương [2]. Đo mật độ xương sẽ cho ta biết lượng chất khoáng trong 1 đơn vị diện tích hoặc thể tích của xương.

Còn chất lượng xương được đánh giá bởi các thông số: cấu trúc của xương, tốc độ chuyển hóa của xương, độ khoáng hóa, mức độ tổn thương tích lũy, tính chất của các chất cơ bản của xương. Phân loại bệnh loãng xương Dựa vào các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển hóa xương, loãng xương có thể được phân thành hai nhóm chính là loãng xương nguyên phát (type 1 và type 2) do tuổi tác hoặc tình trạng mãn kinh và loãng xương thứ phát do một số bệnh mạn tính hoặc liên quan đến sử dụng một số loại thuốc… 1. Cơ chế và các phương pháp điều trị bệnh loãng xương 1. Cơ chế Loãng xương xuất phát từ sự mất cân đối giữa hai hoạt động tạo xương và hủy xương mà cụ thể là lượng xương bị đào thải nhiều hơn lượng xương mới thay.

Ở cấp độ phân tử, mô xương được cấu thành từ tế bào tạo xương (osteoblast), tế bào hủy xương (osteoclast) và nhóm một số tế bào khác. Những tế bào này tương tác với một số chất khoáng, protein, hormone và các phân tử khác để nuôi dưỡng xương, liên tục đục bỏ xương cũ thay bằng xương mới. Tế bào tạo xương (osteoblast) có nguồn gốc từ tế bào gốc trung mô (mesenchymal stem cell – MSC) có tác động thay đổi đến cấu trúc xương, tạo những lớp xương góp phần tạo lực của xương. Những tế bào này khi đặt trong điều kiện thích hợp có thể chuyển hóa thành tế bào xương nhưng trong Luan van 5 điều kiện khác chúng cũng có thể trở thành tế bào cơ, mỡ hoặc sụn.

Tế bào hủy xương (osteoclast) là những tế bào xuất phát từ tế bào tạo máu có chức năng đục bỏ xương cũ hay xương bị tổn hại qua một quá trình phân hủy chất khoáng. Trong điều kiện bình thương, chức năng của tế bào hủy xương và tế bào tạo xương hoạt động mức độ tương đương nhau và tín hiệu của loại tế bào này ảnh hưởng đến loại tế bào kia. Trong cơ thể con người, mô xương được cấu thành từ trong bụng mẹ và được làm mới duy trì sự phát triển qua hai quá trình là modelling và remodelling. Hai quá trình này xảy ra với những cơ chế riêng biệt để biệt hóa các nhóm tế bào xương, giúp đạt được sự tạo thành xương hoặc làm mới xương.

Hai quá trình này, phối hợp nhau trong quá trình phát triển xương để định dạng xương thích hợp, duy trì nồng độ huyết thanh của các ion và sửa chữa các vùng cấu trúc xương bị tổn thương. Quá trình remodel [3] Luan van 6 Quá trình remodel là quá trình chu chuyển xương từ lúc còn nhỏ đến trước khi trưởng thành (18-20 tuổi). Chức năng của quá trình là hoàn chỉnh khối xương làm cho xương thay đổi kích thước hình dạng và tăng trưởng. Trong quá trình này, hai hoạt động tạo và hủy xương xảy ra một cách độc lập tại một vị trí, hoạt động tạo xương diễn ra mạnh hơn hủy xương.

Quá trình remodel là quá trình diễn ra liên tục, suốt đời, nhưng tốc độ xảy ra giảm dần theo tuổi tác. Chức năng của quá trình là duy trì mật độ xương, phân hủy những mảng xương cũ hay xương bị tổn hại và thay thế bằng những mảng xương mới. Remodel là quá trình rất cần thiết để duy trì lực của xương. Quá trình này luôn xảy ra theo trình tự gồm: hoạt hóa (activation), hủy xương (resorption), trung gian (reversal), hình thành xương (bone formation) và khoáng hóa (mineralization).

Quá trình remodel được bắt đầu khi các tế bào hủy xương (osteoclast) được biệt hóa và hoạt động để loại bỏ xương già, xương hỏng bằng cách hấp thu các chất khoáng để lại những lỗ hổng trên bề mặt xương. Tế bào đơn nhân (monocuclear cells) thu dọn các mảnh vụn được thải ra trong hoạt động hủy xương và chuẩn bị bề mặt đã được phục hồi trước khi tế bào tạo xương (osteoblast) sửa chữa xương bị tổn hại. Tiếp theo, tế bào tạo xương tổng hợp các thành phần hữu cơ và vô cơ của xương, thay thế phần xương đã bị hấp thụ thông qua quá trình biệt hóa tế bào tạo xương (osteoblast differentiation). Sự khoáng hóa xương (mineralization) và sự biệt hóa của một số tế bào tạo xương thành tế bào xương (osteocytes) là giai đoạn cuối để hoàn thành quá trình tái mô hình [4].

Trong quá trình remodel, hai hoạt động tạo và hủy xương diễn ra trên bề mặt xương với tốc độ 2-10% xương hằng năm. Trước khi bước vào giai đoạn trưởng thành hoạt động tạo xương diễn ra tương đương hoạt động hủy xương, do đó mật độ xương đạt mức độ cao ở độ tuổi 20-30. Sau khi đạt mức tối đa, xương bắt đầu suy giảm với tốc độ khác nhau theo độ tuổi. Sau thời kỳ mãn kinh vài năm ở nữ và sau 50 tuổi ở nam, hoạt động hủy xương lấn át hoạt động tạo xương, tỷ lệ hủy xương và tạo xương mất cân bằng mà cụ thể là sự hình thành xương ít hơn sự hấp thụ xương, sẽ gây mất cân bằng nội mô xương Luan van 7 và dẫn đến tình trạng cơ thể bắt đầu mất xương, mật độ xương, trọng lượng và độ cứng của xương giảm dẫn đến tình trạng loãng xương.

Trong quá trình remodel, một số protein và các nhân tố như osterix (OSX), COX2 và Runx2 tham gia vào quá trình làm tăng sự biểu hiện của alkaline phosphatase (ALP), osteopontin (OPN) và osteocalcin (OSC). Đây là những nhân tố quyết định sự tạo ra tế bào xương trưởng thành (mature osteoblast) (Hình 1. Tế bào gốc trung mô từ tủy xương (MSC) đến thời điểm này đã được chứng minh là dòng tế bào gốc đa năng, với khả năng biệt hóa giới hạn trong các dòng tế bào thuộc lớp trung mô như tế bào xương, sụn, và mỡ. Tuy nhiên, một số thí nghiệm khác cũng cho thấy rằng dòng tế bào gốc này cũng có khả năng biệt hóa thành tế bào gan, tế bào tim, tế bào thần kinh nhưng quá trình biệt hóa rất nhiều giai đoạn và có tỉ lệ thành công thấp.

Sơ đồ quá trình phát triển biệt hóa tế bào gốc (MSC) thành tế bào tạo xương [5] Luan van 8 Quá trình biệt hóa tế bào xương trưởng thành từ tế bào gốc MSC trải qua 4 giai đoạn được chỉ ra trong hình 1. Bắt đầu của quá trình là từ tế bào gốc ở tủy – MSC (1), trải qua giai đoạn tăng sinh - proliferation (2) để trở thành tiền tế bào xương – pre-osteoblast (3) và qua giai đoạn khoáng hóa (mineralization) để trở thành tế bào xương trưởng thành – mature osteoblast (4) [2]. Các phương pháp điều trị loãng xương Kiểm soát loãng xương có thể không dùng thuốc bao gồm việc cung cấp đủ canxi và vitamin D, tập thể dục tăng cân, cai thuốc lá, hạn chế uống rượu / caffein và các kỹ thuật phòng ngừa bị ngã. Trong trường hợp phải điều trị loãng xương dùng thuốc thì định hướng hiên nay tập trung vào hai hướng là:  Ức chế sự hấp thụ xương bởi tế bào hủy xương (osteoclast)  Làm gia tăng các nhân tố tái tạo xương (TTX) thông qua biệt hóa các tế bào tạo xương (osteoblast differntiation).

Hiệu quả điều trị của thuốc phụ thuộc vào tuổi tác, giới tính và sức khỏe của bệnh nhân. Các chất ức chế đang được sử dụng là bisphosphonates, chất chủ vận/ đối kháng estrogen [EAAs], estrogen, calcitonin và denosumab). Bisphosphonates vẫn là lựa chọn điều trị hàng đầu và tiết kiệm chi phí nhất cho bệnh loãng xương, nhưng ngày càng có nhiều lo ngại về tính an toàn lâu dài của chúng. Tuy nhiên, không phải tất cả các loại thuốc điều trị loãng xương đều được Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm (FDA) chấp thuận để điều trị loãng xương.

Thuốc điều trị đầu tay cho hầu hết bệnh nhân có nguy cơ gãy xương cao bao gồm alendronate, risedronate, zoledronic acid và denosumab. Đối với những người không thể sử dụng liệu pháp uống và có nguy cơ gãy xương cao, nên sử dụng teriparatide, denosumab hoặc axit zoledronic. Đối với nam giới bị loãng xương, điều trị đầu tay là dung thuốc bisphosphonates [6]. Luan van 9 Hầu hết những liệu pháp điều trị loãng xương hiện nay tập trung vào giải pháp làm giảm sự mất xương nhưng không khôi phục lại được khối lượng xương đã bị mất và độ cứng của xương, liệu pháp làm gia tăng TTX còn ít được đề cập đến [6].

Vì vậy, hướng nghiên cứu và ứng dụng những nhân tố (factor) kích thích TTX để phục hồi một phần khối lượng xương đã bị mất, sửa chữa sự mất cân bằng các đặc điểm vi cấu trúc xương xốp do loãng xương nhờ đó làm tăng độ cứng của xương và kết hợp giữa các nhân tố kìm hãm sự mất xương với kích thích TTX đang là hướng nghiên cứu mới và đầy triển vọng cho điều trị loãng xương. Sử dụng các chất có khả năng cảm ứng TTX, người ta có thể tạo vật liệu sinh học mới ở dạng “giá đỡ” ba chiều (3D scaffold) có khả năng điều trị bệnh [6].