Các sợi nano collagen trở nên dẻo dai hơn khi được vận động

Collagen là một khối nền tảng xây dựng nên cơ, mô, gân và dây chằng ở động vật có vú. Nó cũng được sử dụng rộng rãi trong các ca phẫu thuật tái tạo và thẩm mỹ. Mặc dù các nhà khoa học đã hiểu rõ cách thức hoạt động của collagen ở cấp độ mô tế bào. Tuy nhiên, một số tính chất cơ học quan trọng của collagen ở cấp độ nano vẫn còn rất khó để nắm bắt. Một nghiên cứu thử nghiệm gần đây được thực hiện bởi các nhà nghiên cứu tại Đại học Ilinois ở Urbana-Champaign, Đại học Washington và Đại học Comlumbia về các sợi collagen có kích thước nano đã báo cáo về những lý do chưa từng được dự đoán trước đây. Rằng tại sao collagen lại là một vật liệu có tính đàn hồi như vậy.

Bởi vì một sợi collagen có kích thước khoảng một phần triệu mặt cắt ngang của sợi tóc người. Vậy nên việc nghiên cứu nó cũng cần thiết bị nhỏ không kém. Một nhóm thuộc khoa Kỹ Thuật Hàng Không Vũ Trụ tại U of I đã thiết kế các thiết bị cực nhỏ. Chúng là Hệ thống Cơ điện tử với kích thước bé hơn một milimet, có thể kiểm tra các sợi collagen.

Debashish Das, một học giả sau tiến sĩ tại Illinos, người cũng tham gia vào dự án cho biết: “Sử dụng các thiết bị loại MEMS để kẹp các sợi collagen dưới kính hiển vi quang học có độ phóng đại cao. Chúng tôi đã kéo căng từng sợi nhỏ để tìm hiểu cách chúng biến dạng cũng như các điểm đứt của chúng. Chúng tôi cũng đã liên tục kéo và thả các sợi nhỏ để đo đặc tính đàn hồi và không đàn hồi của chúng. Cũng như cách chúng phản ứng với những tải trọng lặp đi lặp lại.”

Das giải thích: “Không giống như dây thun, nếu bạn kéo căng mô của người hoặc động vật rồi thả ra, mô đó sẽ không trở lại hình dạng ban đầu ngay lập tức. Một phần năng lượng tiêu tốn để kéo căng nó sẽ bị tiêu hao và mất đi. Các mô của chúng ta hoạt động rất tốt trong việc tiêu tốn năng lượng khi bị kéo và đẩy, chúng tiêu tán rất nhiều năng lượng mà không bị phá hỏng. Hành vi này đã được hiểu biết ở cấp độ mô và được cho là do các sợi nano trượt hoặc do chất ưa nước, giống như gel, có ở giữa các sợi collagen. Các sợi collagen riêng lẻ không được coi là tác nhân chính tạo nên đặc tính nhớt và đàn hồi tổng thể. Nhưng giờ đây chúng tôi đã chỉ ra rằng các cơ chế phân tán mô đang hoạt động ngay cả ở quy mô của một sợi collagen đơn lẻ.”

Một khám phá thú vị và không ngờ của nghiên cứu là việc các sợi collagen có thể trở nên khỏe và dẻo dai hơn khi chúng bị kéo căng và giãn ra nhiều lần.

Giáo sư Ioannis Chasiotis của U of I cho biết: “Nếu chúng ta liên tục kéo và nới lỏng một cấu trúc kỹ thuật chung, nó sẽ có nhiều khả năng trở nên yếu hơn vì mệt mỏi. Mặc dù các mô trong cơ thể chúng ta không gặp phải mức độ căng thẳng như chúng tôi đã áp dụng cho từng sợi collagen riêng lẻ tại các thí nghiệm trước đây. Nhưng chúng tôi đã nhận thấy rằng, sau khi vượt qua ngưỡng căng thẳng trong các thí nghiệm tải trọng theo chu kỳ, độ bền của các sợi đã có sự gia tăng rõ rệt tới khoảng 70%.”

Das cho biết bản thân các sợi collagen góp phần đáng kể vào việc tiêu tán năng lượng và độ dẻo dai đã được quan sát thấy ở trong các mô.

“Những gì chúng tôi phát hiện ra là các sợi collagen riêng lẻ là những cấu trúc polymer sinh học có khả năng phân tán cao. Từ nghiên cứu này, giờ đây chúng tôi biết rằng cơ thể chúng ta tiêu tán năng lượng ở mọi cấp độ, kể cả các khối nhỏ nhất. Và các đặc tính như sức mạnh, độ dẻo dai thì không hề tĩnh, chúng hoàn toàn có thể tăng lên khi sợi collagen được vận động”, Das nói.

Vậy bước tiếp theo là gì? Das cho biết, với sự hiểu biết mới về các đặc tính của sợi collagen đơn lẻ này, các nhà khoa học có thể thiết kế mạng lưới tổng hợp polymer sinh học có khả năng phân tán tốt hơn nữa để chữa lành vết thương và phát triển mô. Chẳng hạn như mạng lưới này vừa có khả nảng tương thích sinh học vừa có khả năng phân hủy sinh học.

Nguồn: https://www.news-medical.net/news/20140910/Research-sheds-light-on-how-collagen-grows-and-helps-form-diverse-set-of-structures-in-body.aspx