Hidroxiapatit

Hidroxiapatit (HA) là dạng calci phosphat tự nhiên có tính tương thích sinh học cao với tế bào và mô. Dạng bột nano của Calci Nano hydroxyapatite (CNHA) là dạng calci phosphat dễ hấp thụ nhất bởi cơ thể, với tỷ lệ Ca/P trong phân tử giống như tỷ lệ trong xương và răng.

Hidroxiapatit (HA) có công thức hóa học là Ca₁₀(PO4)₆(OH)₂, là thành phần chủ yếu của xương và răng ở người và động vật, chiếm khoảng 65-70% khối lượng xương và 70-80% trong răng. Đây là khoáng chất chính của men răng và dentin. Tinh thể Hidroxiapatit cũng được tìm thấy trong các vôi hóa nhỏ, tuyến tùng và các cấu trúc khác, gọi là corpora arenacea hoặc 'cát não'.

HA được ứng dụng trong y học, nha khoa, cũng như trong thuốc và thực phẩm chức năng để điều trị và ngăn ngừa tình trạng thiếu hụt calci và loãng xương.

Hydroxyapatit (HA) có màu sắc đa dạng từ trắng, trắng ngà, vàng nhạt đến xanh lơ, tùy thuộc vào điều kiện hình thành, kích thước hạt và trạng thái tập hợp. HA nóng chảy ở 1760°C; sôi ở 2850°C; tan trong nước với nồng độ 0,7 g/l; khối lượng phân tử: 1004,60; khối lượng riêng: 3,156 g/cm³; độ cứng theo thang Mohs: 5.

HA là hợp chất ổn định nhiệt, chỉ bị phân hủy khi nhiệt độ đạt khoảng 800 - 1200°C, tùy vào phương pháp chế tạo và dạng tồn tại.

Công nghệ tổng hợp hóa học

HA có thể được tổng hợp qua nhiều phương pháp khác nhau như kết tủa, sol-gel, siêu âm hóa học, phun sấy, điện hóa, thủy nhiệt, composit, hoặc phản ứng pha rắn. Yagai và Aoki đã đề xuất việc chế tạo hệ thống treo tinh thể nano hydroxyapatite thông qua phản ứng kết tủa hóa học ướt với phản ứng như sau:

10 Ca(OH)₂ + 6 H₃PO4 → Ca₁₀(PO4)₆(OH)₂ + 18 H₂O

Hình dạng của các tinh thể có thể khác nhau tùy thuộc vào phương pháp tổng hợp và điều kiện thực hiện như nhiệt độ phản ứng, nồng độ, thời gian già hóa,…

Các tinh thể HA thường có dạng que, kim, vảy, cầu,… và có thể được xác định bằng phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) hoặc hiển vi điện tử truyền qua (TEM).

Nghiên cứu cho thấy việc tổng hợp hydroxyapatite qua các tuyến đường hóa ướt có thể được cải thiện bằng siêu âm công suất cao. Kỹ thuật tổng hợp siêu âm (sono-tổng hợp) là một phương pháp hiệu quả để sản xuất cấu trúc nano hydroxyapatite đạt tiêu chuẩn chất lượng cao. Phương pháp siêu âm cho phép chế tạo tinh thể nano hydroxyapatite cũng như các hạt được điều chỉnh, ví dụ như lõi nano vỏ lõi và vật liệu tổng hợp.

Đặc điểm sinh học

Vì có thành phần hóa học và bản chất tương tự nhau, cả HA tự nhiên và tổng hợp đều mang tính tương thích sinh học cao.

Dưới dạng bột nano, HA được gọi là Calci Nano Hydroxyapatit (CNHA) và là dạng calci phosphat dễ hấp thụ nhất bởi cơ thể, với tỷ lệ Ca/P giống như trong xương và răng. Dạng màng và dạng xốp của HA có thành phần hóa học và tính chất tương tự xương tự nhiên, với các lỗ xốp liên kết cho phép mô sợi và mạch máu xâm nhập dễ dàng. Điều này khiến vật liệu có tính tương thích sinh học cao, khả năng dẫn xương tốt và tạo liên kết trực tiếp với xương non, thúc đẩy quá trình tái sinh xương nhanh chóng mà không bị đào thải.

Ngoài ra, CNHA là hợp chất an toàn, không gây độc hay dị ứng cho cơ thể và có khả năng sát khuẩn cao.(7)

Để sản xuất NCHA với tính tương thích sinh học cao, cần lựa chọn và nghiên cứu công nghệ phù hợp với từng mục đích ứng dụng trong y học và dược phẩm.

Vì lượng calci hấp thụ từ thực phẩm hàng ngày khá thấp, nên việc bổ sung calci cho cơ thể là rất cần thiết, đặc biệt cho trẻ em và người cao tuổi.

Calci trong thực phẩm hoặc thuốc thường ở dạng hợp chất hòa tan, dẫn đến khả năng hấp thụ của cơ thể không cao. Do đó, cần kết hợp với vitamin D để cải thiện việc hấp thụ và chuyển hóa calci thành HA.

Dưới dạng bột, các nhà nghiên cứu đang nỗ lực chế tạo HA kích thước nano (khoảng 20 – 100 nm) để tăng cường khả năng hấp thụ của cơ thể. HA bột dạng vi tinh thể cùng với các khoáng chất bổ sung khác đã được sử dụng trong thuốc chống loãng xương và thực phẩm chức năng bổ sung calci, điều trị các tổn thương xương do chấn thương.

Dưới dạng màng, lớp màng HA mỏng phủ trên gốm nhân tạo có thể cải thiện sự liên kết giữa xương nhân tạo với mô và xương tự nhiên.

HA dạng khối xốp được sử dụng để sửa chữa các khuyết tật xương và răng. Các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, HA dạng khối xốp có độ bền cao trong các dịch sinh lý và giải phóng dược chất từ từ.

Bổ sung

Hydroxyapatite vi tinh thể (MCHA) là một chất bổ sung calci thế hệ mới, chiết xuất từ xương bò. Vào những năm 1980, các sản phẩm bổ sung calci từ bột xương đã bị phát hiện nhiễm kim loại nặng. Mặc dù các nhà sản xuất khẳng định MCHA của họ không chứa chất ô nhiễm, nhưng mọi người vẫn nên thận trọng vì tác dụng của nó trong cơ thể chưa được kiểm chứng đầy đủ.

Dưới dạng bột mịn kích thước Nano

CNHA ở dạng bột mịn với kích thước nano (10-9m), nhỏ hơn 1000 lần so với MCHA. Với kích thước này, CNHA có thể được hấp thụ nhanh chóng qua niêm mạc lưỡi, thực quản và ruột non, ít bị ảnh hưởng bởi axit trong dạ dày. Do đó, CNHA kích thước nano được sử dụng làm thuốc bổ sung calci với hiệu quả cao.

Với kích thước siêu nhỏ, calci nano hòa tan tốt và thẩm thấu nhanh qua màng ruột, giúp hấp thụ tối ưu từ ruột vào máu. Điều này đảm bảo calci được hấp thụ hoàn toàn mà không còn dư thừa trong ruột, tránh gây ra sỏi thận và táo bón.

Kể từ năm 2005, nhóm nghiên cứu tại Phòng Hoá Vô cơ, Viện Hoá học (Viện KH&CN Việt Nam) đã tiến hành nghiên cứu về vật liệu HA dưới dạng bột và xốp, với mục tiêu ứng dụng trong dược học và y sinh học. Họ đã thành công trong việc chế tạo NCHA kích thước nano siêu nhỏ 30 nm.

Ứng dụng trong y học

HA được áp dụng rộng rãi trong y sinh học, nha khoa, cũng như trong thuốc và thực phẩm chức năng để điều trị và ngăn ngừa thiếu hụt calci và loãng xương.

HA được sử dụng để chế tạo vật liệu ghép xương và răng giả, bao gồm các cấy ghép như thay thế khớp hông, cấy ghép nha khoa và cấy ghép xương.

Để điều trị loãng xương, Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Mỹ (FDA) đã cấp phép sử dụng HA trong sản xuất thuốc và thực phẩm chức năng. Hiện có nhiều sản phẩm bổ sung calci chứa HA trên thị trường, như Ossopan từ Pháp, Bone Booster Complex và Bone Dense Calcium từ Mỹ, Calcium Complex của Anh, và SuperCal từ New Zealand.

Tại Việt Nam, sự quan tâm đối với các sản phẩm bổ sung calci chứa Nano Calci Hydroxyapatit (NCHA) đang gia tăng, nhằm sản xuất các loại calci có khả năng hấp thụ tốt và điều trị loãng xương, đồng thời giảm thiểu tác dụng phụ như táo bón và sỏi thận. Ví dụ điển hình là Avisure Hical.

Ứng dụng trong khảo cổ học

Trong khảo cổ học, hydroxyapatite từ xương và răng của người và động vật có thể được phân tích để tái tạo chế độ ăn uống cổ xưa, di cư và khí hậu thời kỳ đó. Xương và răng giữ các nguyên tố như carbon, oxy và các chất hóa học, giúp xác định chế độ ăn chủ yếu từ trên cạn hay biển (carbon), nguồn gốc địa lý và thói quen di cư (oxy, strontium), và tái tạo nhiệt độ và khí hậu trong quá khứ (oxy). Sự thay đổi trong xương cũng có thể ảnh hưởng đến phân hủy collagen, protein quan trọng cho phân tích đồng vị ổn định.

Các liên kết khác

• Xem thêm tài liệu về Apatit-(CaOH) (Hydroxyapatite) trên Wikimedia Commons