Kinh Nghiệm về Công nghệ vật liệu sinh học - Trần Lê Bảo Hà pdf 2022
Lê Thùy Chi đang tìm kiếm từ khóa Công nghệ vật liệu sinh học - Trần Lê Bảo Hà pdf được Update vào lúc : 2022-06-09 17:32:03 . Với phương châm chia sẻ Thủ Thuật Hướng dẫn trong nội dung bài viết một cách Chi Tiết 2022. Nếu sau khi đọc nội dung bài viết vẫn ko hiểu thì hoàn toàn có thể lại Comments ở cuối bài để Tác giả lý giải và hướng dẫn lại nha.Tóm tắt nội dung tài liệu
CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU TRONG Y SINH HỌC ThS. Trần Lê Bảo Hà I. VẬT LIỆU SINH HỌC 1. Khái niệm Một vật liệu sinh học là bất kỳ chất hoặc hợp chất nào (không phải là thuốc) có nguồn gốc tổng hợp hoặc tự nhiên, được dùng để điều trị, tăng cường hoặc thay thế mô, cơ quan hoặc hiệu suất cao của khung hình (NIH) Vật liệu sinh học là những vật liệu (tổng hợp và tự nhiên, rắn và lỏng) được sử dụng trong những thiết bị y học (medical device) hoặc trong tiếp xúc với hệ sinh học (University of Washington Engineered Biomaterials). Mặc dù những vật liệu sinh học đa phần được ứng dụng trong y học nhưng chúng cũng khá được sử dụng trong nuôi cấy tế bào, xử lý những phân tử sinh học trong công nghệ tiên tiến sinh học, thủy sản, nông nghiệp… 2. Phân loại Vật liệu sinh học được phân thành: vật liệu sinh học có nguồn gốc sinh học và vật liệu sinh học tổng hợp. - Vật liệu sinh học có nguồn gốc sinh học: vật liệu mô mềm và mô cứng - Vật liệu sinh học tổng hợp: sắt kẽm kim loại, polymer, gốm, composit 2.1. Sự khác lạ giữa vật liệu sinh học có nguồn gốc sinh học và vật liệu sinh học tổng hợp Vật liệu sinh học có nguồn gốc sinh học và vật liệu sinh học tổng hợp có những đặc tính rất khác nhau đáng kể. Ví dụ, mô gồm nhiều tế bào; sắt kẽm kim loại, gốm, polymer thì không còn tế bào. Mô hoàn toàn có thể tự sửa chữa một phần hoặc toàn bộ; kim loại, gốm, polymer thì không… Vật liệu sinh học có nguồn gốc sinh Vật liệu sinh học tổng hợp học Có tế bào Không có tế bào Có nước Khan Không đẳng hướng Đẳng hướng Không đồng nhất Đồng nhất Viscoelastic Mềm dẻo, đàn hồi 1 Có kĩ năng tự sửa chữa/sống Không sống Ví dụ về sự rất khác nhau giữa mô và vật thay thế mô: thành mạch máu. Lót trong lòng mạch máu là những tế bào nội mô. Các thành phần cấu trúc chính dưới nội mô gồm những tế bào cơ trơn, collagen và elastin. Số lượng những thành phần này và vị trí hướng của những sợi phụ thuộc vào vị trí trong mô mạch, loại mạch (động mạch, tĩnh mạch) và kích thước của mạch máu. Để thay thế mô phức tạp này, những ống polymer polytetrafluoroethylene hoặc poly(ethylene terephthalate) thường được sử dụng làm vật ghép tổng hợp. Các loại mô và một số trong những vật liệu sinh học được sử dụng để thay thế Mô Vật liệu tổng hợp thay thế Mạch máu Polytetrafluoroethylene Poly(ethylene terephthalate) Kính sát tròng Polymethylmethacrylate Hông Ti-6Al-4V Co-Cr-Mo Răng Amalgam Ti 2.2. Phân loại vật liệu sinh học I. Vật liệu sinh học có nguồn gốc sinh II. Vật liệu sinh học tổng hợp học 1. Mô mềm 1. Polymer Da, gân, màng ngoài tim, giác mạc Ultra High Molecular Weight Polyethylene ( UHM WPE), Polymethylmethacarylate (PMMA), Polyethyletherketone (PEEK), Silicone, Polyurethane (PU), Polytetrafluoroethylene (PTFE) 2. Mô cứng 2. Kim loại Xương, răng Thép không gỉ, sắt kẽm kim loại tổng hợp Cobalt (Co-Cr- Mo), sắt kẽm kim loại tổng hợp Titan (Ti-Al-V),vàng, 2 bạch kim 3. Gốm Alumina (A 1203), Zirconia (Zr02), Carbon, Hydroxylapatite [CalO( PO&( OH)z], Tricalcium Phosphate [Caj(PO4)2], Bioglass [Na20( CaO)(P203)(Si02)], Calcium Aluminate [Ca(A1204)] 4. Composit Carbon Fiber (CF)/PEEK, CF/UHMWPE, CF/PMMA , Zircon idSil icdB IS –GMA 3. Yêu cầu Các vật liệu sinh học phải có những đặc tính đặc biệt như: tính tương hợp sinh học, không sinh khối u, kháng xói mòn, có độc tính thấp. Tuy nhiên, tùy thuộc vào ứng dụng, những vật liệu cần đạt những yêu cầu rất khác nhau. Đôi khi, những yêu cầu này ngược nhau hoàn toàn. Ví dụ: trong công nghệ tiên tiến mô xương, khung (scaffold) polymer cần hoàn toàn có thể phân hủy sinh học để khi những tế bào tạo ra chất nền ngoại bào của riêng chúng thì vật liệu polymer sẽ được thay thế hoàn toàn. Trong van tim cơ học, những vật liệu nên phải có tính ổn định sinh học, kháng xói mòn và không phân hủy theo thời gian (tồn tại hơn 20 năm). Nói chung, những yêu cầu của vật liệu sinh học hoàn toàn có thể được phân thành 4 nhóm: 1) Tính tương hợp sinh học: vật liệu phải không khiến phản ứng không tốt của vật chủ nhưng kích thích sự hòa hợp mô - vật ghép tốt. Sự xuất hiện phản ứng viêm là vấn đề thiết yếu trong tiến trình lành hóa vết thương. Tuy nhiên, sự viêm kéo dãn hoàn toàn có thể chỉ ra sự hoại tử mô hoặc không còn tính tương hợp. 2) Có thể khử trùng: vật liệu hoàn toàn có thể chịu được sự khử trùng. Các kỹ thuật khử trùng gồm: tia gamma, khí (ethylene oxid) và hấp hơi nước. Một số polymer như polyacetal sẽ khử polymer hóa và sinh ra khí độc formaldehyd khi được chiếu dưới tia gamma năng lượng cao. Do đó, cách tốt nhất để khử trùng những polymer này là khí ethylene oxid. 3) Có tính hiệu suất cao: Tính có hiệu suất cao của một bộ phận giả tùy thuộc vào kĩ năng tạo được hình dáng phù phù phù hợp với một hiệu suất cao đặc biệt. Do đó, vật liệu phải được tạo hình dáng bằng những quy trình sản xuất công nghệ tiên tiến. Sự thành công của stent động mạch vành (loại vật liệu y học được sử dụng rộng rãi nhất) 3 được cho là nhờ quy trình sản xuất hiệu suất cao thép từ việc xử lý nhiệt để tăng độ bền của nó. 4) Có thể sản xuất: Nhiều vật liệu có tính tương hợp sinh học nhưng trong khâu ở đầu cuối (khâu sản xuất thành công cụ) không thực hiện được. II. TÍNH TƯƠNG HỢP SINH HỌC CỦA VẬT LIỆU II.1. TỔNG QUÁT VỀ ĐÁP ỨNG MIỄN DỊCH ĐẶC HIỆU (THE SPECIFIC IMMUNE RESPONSE) Đáp ứng miễn dịch đặc hiệu là phản ứng thông thường của động vật có xương sống khi một vật lạ được đưa vào khung hình. Đây là một phản ứng bảo vệ để giải độc, trung hòa và giúp loại trừ vật lạ. Tuy nhiên, trong một số trong những trường hợp, những phản ứng với những vật không độc hoàn toàn có thể gây hại cho khung hình chủ như những phản ứng dị ứng hoặc quá mẫn. Các đáp ứng được phân thành bốn loại: loại I, loại II, loại III, loại IV. Bốn đáp ứng này theo một cơ chế thông thường, được kích động do sự hiện hữu của một vật lạ là kháng nguyên (antigen). Các tế bào trình diện kháng nguyên (antigen processing cell - APC), thường là tế bào đơn nhân (monocyte) hoặc đại thực bào (macrophage) hay tế bào bạch tuộc (dendritic) da, bắt kháng nguyên, xử lý nó (cắt bằng enzym) và chuyển nó (trình diện) đến tế bào khác là tế bào lympho T tương hỗ (T helper cell - Th). Sau đó, tế bào Th trình diện kháng nguyên đã được xử lý cho một tế bào lympho T khác là tế bào T độc (T cytotoxic cell - Tc ) hoặc cho tế bào lympho B (tế bào B). Tế bào nhận (tế bào T hoặc B) khởi đầu một đáp ứng tác động kháng nguyên đã được xử lý, tạo một phức hợp hoạt động và sinh hoạt giải trí. Trong trường hợp tế bào nhận là tế bào T thì đáp ứng miễn dịch là loại IV hay miễn dịch qua trung gian tế bào. Trường hợp tế bào nhận là tế bào B, kết quả ở đầu cuối là giải phóng kháng thể tự do, dẫn đến đáp ứng loại I, II, III thuộc thể dịch. Trong đáp ứng tế bào T, những tế bào T sẽ tập trung ở vùng hiện hữu vật lạ. Trong khi những tế bào B vẫn ở xa (trong những mô bạch huyết), những kháng thể lưu thông và xuất hiện tại vùng có vật lạ. Các đặc điểm chính của bốn loại đáp ứng: Loại Kháng Các tế bào liên Các chất trung Kết quả thể quan gian I IgE Tế bào B Histamin, những amin Ngứa, viêm mũi, vận mạch giãn mạch II IgG, IgM Tế bào B Histamin, những amin Giãn mạch vận mạch III IgG, IgM Tế bào B Các amin vận Đau, sưng, nghẽn 4 mạch mạch, giãn mạch IV Không có Tế bào T Cytokin Đau, sưng Tế bào T và tế bào B tăng sinh từ một tế bào gốc và trải qua quá trình xử lý trong tuyến ức để trở thành những tế bào T hoặc trong một vùng chưa chắc như đinh (có lẽ rằng là tủy xương) để trở thành những tế bào B. Rất khó phân biệt hai loại tế bào này. Có thể nhận diện những tế bào T thông qua những marker duy nhất trên mặt phẳng tế bào nhờ sử dụng những kháng thể đơn dòng. Các kháng nguyên này là những dấu ấn cụm biệt hóa (cluster differentiation markers - CDs). Có nhiều loại CD và tầm quan trọng của mỗi loại đang được đánh giá. Tuy nhiên, tất cả tế bào T đều biểu lộ CD3 và được xem là dấu ấn tế bào T Pan (Pan = all - tất cả). CD2 cũng hoàn toàn có thể là một dấu ấn tế bào T Pan. Ngoài ra, tế bào Th còn biểu lộ CD4, trong khi tế bào Tc biểu lộ CD8. Tế bào B có một ít kháng thể trên mặt phẳng và hoàn toàn có thể nhận diện tế bào B nhờ vào những kháng thể này. Đáp ứng tế bào B dẫn đến biệt hóa thành tương bào sản xuất nhiều kháng thể hơn. Kháng thể là một globulin miễn dịch (Immunoglobulin - Ig) có những vùng phối hợp đặc hiệu với kháng nguyên. Kháng thể hoàn toàn có thể hòa tan, tuần hoàn trong huyết tương. Có 5 lớp Ig. Nồng độ Ig trong máu người thông thường từ cao nhất đến thấp nhất là IgG, IgM, IgA, IgE, IgD. IgE là kháng thể có liên quan đến đáp ứng loại I. IgA là một Ig tiết, có nồng độ cao trong nước bọt, dạ dày-ruột, sữa và những cơ quan liên quan. IgG và IgM có nồng độ cao trong máu và là những kháng thể “xuất sắc” cho thử nghiệm miễn dịch học vì chúng hoàn toàn có thể tham gia đáp ứng loại II và loại III. Kết quả của đáp ứng loại I và loại II là giống nhau nhưng cơ chế khác nhau. Đáp ứng loại I được biết rõ nhất là sốt và dị ứng bụi và là đáp ứng miễn dịch với những kháng nguyên qua trung gian kháng thể cố định và thắt chặt trên da (IgE). Đáp ứng loại II liên quan đến phản ứng của IgG (hiếm khi IgM) với một kháng nguyên mặt phẳng tế bào. Kết quả là ly giải tế bào cùng với giải phóng những sản phẩm. Điều này thường thấy trong dị ứng thuốc mà gắn với tiểu cầu máu. Đáp ứng loại III được xem là những phản ứng phức hợp miễn dịch và xảy ra khi cả kháng nguyên và kháng thể hiện hữu cùng một lúc với số lượng lớn. Trong đáp ứng miễn dịch thông thường, kháng nguyên được xử lý, đáp ứng miễn dịch khởi đầu và kháng nguyên nhanh gọn biến mất. Tuy nhiên, nếu kháng nguyên bền thì số lượng rất lớn những phức hợp miễn dịch hoàn toàn có thể được tạo ra làm tắc nghẽn những mạch máu nhỏ và kết quả là hư hỏng mô hoặc cơ quan. Đáp ứng loại IV liên quan đến sự hiện hữu thường xuyên của vật ngoại lai, như thể một vật liệu sinh học ghép. Điển hình là chứng viêm da tiếp xúc do cây thường xuân (ivy) độc. 5 Trong mỗi trường hợp, một kháng nguyên kích thích đáp ứng miễn dịch và đáp ứng miễn dịch trở lại phản ứng đặc hiệu với kháng nguyên. Mỗi tế bào T, mỗi tế bào B và mỗi kháng thể lưu thông chỉ nhận ra một kháng nguyên. Để một chất là sinh kháng nguyên, nó phải lạ với khung hình chủ, trọng lượng phân tử cao (> 3000), và hoàn toàn có thể được xử lý bởi một APC. Tuy nhiên, một số trong những chất nhỏ cũng hoàn toàn có thể trở thành sinh kháng nguyên nhờ gắn với những phân tử vật mang lớn hơn, thường là những protein, trong khung hình chủ. Một chất nhỏ như vậy được gọi là hapten và đáp ứng miễn dịch xảy ra với phức hợp vật mang – hapten. II.2. PHÁT HIỆN ĐÁP ỨNG MIỄN DỊCH ĐẶC HIỆU II.2.1. Phát hiện kháng thể Để đánh giá một bệnh nhân có sản xuất kháng thể chống lại một vật lạ (như vật ghép) hay là không, bệnh nhân cần phải lấy và kiểm tra mẫu máu, sau đó kết quả được so sánh với nhóm đối chứng. Chọn lựa đối chứng thích hợp là một vấn đề lớn. Quy trình kiểm tra yêu cầu một đối chứng dương đã biết (thường khó để đạt được một đánh giá đáp ứng với vật ghép), và một đối chứng âm đã biết (thường là nước muối, môi trường tự nhiên thiên nhiên nuôi cấy mô hoặc huyết thanh bò, ngựa dùng trong nuôi cấy mô). Các mẫu đối chứng cho bệnh nhân được thu nhận từ những thành viên thông thường không ghép và không bệnh, những thành viên bị bệnh (ví dụ viêm khớp) nhưng không ghép (ví dụ thay thế khớp toàn bộ), những thành viên ghép và không có trục trặc, những thành viên đã được chẩn đoán ghép thất bại. Các kết quả cần phải phân tích để chắc như đinh liệu kháng thể có tăng ở bệnh nhân hay là không và liệu sự hiện hữu của kháng thể có liên quan đến sự thất bại vật ghép hay là không. Thử nghiệm phổ biến nhất nhờ vào sự cố định và thắt chặt kháng nguyên vào một bề mặt rắn như thể polystyren. Quy trình chung được chỉ ra trong Hình 1 Hình 1: Thử nghiệm miễn dịch chuẩn. Một kháng nguyên được cố định và thắt chặt với một giá thể rắn và gắn với một kháng thể đặc hiệu trong dung dịch. Kháng thể link được phát hiện nhờ gắn với một kháng thể thứ cấp được đánh dấu (enzym, đồng vị…) 6 Phát hiện kháng thể gắn bằng phương pháp sử dụng enzym (thử nghiệm EIA hoặc ELISA) hay một kháng thể đánh dấu đồng vị phóng xạ (RIA). II.2.2. Phát hiện đáp ứng qua trung gian tế bào (loại IV) Phương pháp phát hiện những đáp ứng qua trung gian tế bào phức tạp và khó khăn hơn nhiều so với phát hiện kháng thể. Phần lớn những xét nghiệm cần sử dụng tế bào sống nên phải thực hiện nhanh sau khi thu tế bào. Các đối chứng có thể thực hiện tại thời điểm khác. Hai phương pháp thử nghiệm in vitro được sử dụng thông thường nhất là thử nghiệm ức chế sự di cư và tăng sinh tế bào lympho. Cơ sở lý thuyết của tất cả hai phương pháp này là trên mặt phẳng những tế bào T có những thụ quan (receptor), mỗi thụ quan đáp ứng với một kháng nguyên đặc hiệu. Trong quá trình đáp ứng, những chất hoàn toàn có thể hòa tan (những cytokin hoặc lymphokin) được sản xuất và được phóng thích. Các chất này, đa phần là yếu tố tạo phôi (blastogenic factor) và yếu tố ức chế sự di cư, hoạt động và sinh hoạt giải trí trên những tế bào khác kể cả những tế bào T khác. Yếu tố tạo phôi (Lymphocyte transformation factor - Yếu tố chuyển dạng tế bào lympho): Yếu tố này làm những tế bào lympho khác chuyển dạng và phân chia. Số lượng tế bào tăng lên. Nếu tương hỗ update thymidin H3 vào môi trường tự nhiên thiên nhiên nuôi thì những tế bào đang phân chia sẽ hấp thu đồng vị và số đếm tăng lên. Thử nghiệm này, thường được gọi là LTT cho thử nghiệm chuyển dạng tế bào lympho, có nhu yếu các tế bào sống để sản xuất và đáp ứng với yếu tố. Thử nghiệm này mất 7 ngày (7 ngày là khoảng chừng thời gian thông thường cho một đáp ứng với kháng nguyên). Một số chất kích thích (mitogen) đối chứng như thể PHA (phytohemagglutinin) hoạt động và sinh hoạt giải trí trong 4 – 5 ngày. Yếu tố ức chế sự di cư (Migration inhibition factor - MIF) Các tế bào T được kích thích sẽ sản xuất MIF. MIF hoạt động và sinh hoạt giải trí trên những tế bào thường di động là loại tế bào đơn nhân/ đại thực bào và những bạch cầu đa hình nhân polys (polymorphonuclear leukocyte). Do đó, thử nghiệm, thường được gọi là thử nghiệm yếu tố ức chế bạch cầu (leukocyte inhibition factor - LIF), có nhu yếu các tế bào lympho sống và những tế bào đang di cư sống được thu nhận từ máu toàn phần tươi. Thử nghiệm LIF sẽ có kết quả trong 18 – 24 giờ. Nếu máu không chứa đủ tế bào đơn nhân để đánh giá sự ức chế di cư của chúng thì tế bào thông tư này thường được thu nhận từ khoang bụng của những động vật khác ví như chuột hoặc bọ. Tế bào này hoàn toàn có thể kích thích những tế bào lympho người nuôi cấy trong 24 – 48 giờ, sau đó thu nhận dịch nuôi cấy và tương hỗ update vào những đại thực bào được thu nhận từ động vật. Sự di cư (hoặc sự ức chế di cư) của những tế bào được quan sát bằng phương pháp đặt chúng trong môi trường tự nhiên thiên nhiên nuôi mô đã được hóa cứng bằng agarose tinh và quan sát dưới kính hiển vi trong 18 – 24 giờ hoặc đưa vào ống mao quản và quan sát sau vài giờ. Thử nghiệm trực tiếp lymphokin hoặc cytokin 7 Vì những thử nghiệm LTT và LIF hoặc MIF hạn chế chế là cần sử dụng tế bào sống nên thử nghiệm lý tưởng là dùng lymphokin. Các thử nghiệm nhờ vào ELISA hoặc RIA hoàn toàn có thể được sử dụng để phát hiện và định lượng cytokin. Thử nghiệm sự sản xuất cytokin Hiện tại có một thử nghiệm được sử dụng là khảo sát những cytokin được tạo ra để đáp ứng với vật liệu, đặc biệt là những phần tử nhỏ do phân hủy vật liệu. Nhìn chung, thử nghiệm được thực hiện nhờ vào ELISA hoặc RIA. Hình 2: Định lượng kháng nguyên bằng thử nghiệm đối đầu đối đầu. Một kháng nguyên cố định và thắt chặt gắn với một kháng thể đặc hiệu trong dung dịch. Tuy nhiên, nhiều kháng nguyên được cho vào dung dịch và lượng kháng thể phối hợp với kháng nguyên cố định và thắt chặt sẽ giảm theo lượng kháng nguyên tự do. Phát hiện kháng thể gắn bằng một kháng thể thứ cấp được đánh dấu (enzym, đồng vị…) Thử nghiệm in vivo Thử nghiệm tầm cỡ cho miễn dịch qua trung gian tế bào (Cell-mediated immunity - CMI) là thử da. Các kháng nguyên được đưa lên da hoặc được tiêm dưới da và quan sát nốt phồng sau 24 – 72 giờ nếu có CMI. Đáp ứng này khác với đáp ứng loại I qua IgE. Đáp ứng loại I xảy ra nhanh (trong vài phút) và thường biến mất sau 24 giờ. CMI khởi đầu sau 24 giờ, có nốt phồng. Thử da là một quy trình chẩn đoán tuyệt vời cho những bệnh nhân bị nghi ngờ quá mẫn. Tuy nhiên, thử da với những hapten, như những ion sắt kẽm kim loại, liên quan đến rủi ro nhạy cảm. Để phát hiện được đáp ứng miễn dịch, hapten phải gắn với những tế bào trung bì hoặc những protein. Tuy nhiên, việc gắn này tạo ra một kháng nguyên hoàn toàn, hoàn toàn có thể kích thích một đáp ứng miễn dịch. Vì phải mất nhiều thời gian để đáp ứng miễn dịch này xảy ra nên thử da sẽ âm tính, nhưng những thử nghiệm tiếp theo sau đó sẽ dương tính. Do đó, những thử nghiệm lặp lại hoàn toàn có thể cảm ứng tính nhạy cảm và nên tránh. Các kỹ thuật hóa mô Có nhiều khảo sát để đánh giá những mô được lấy từ những vùng kế cận vật ghép. Có thể sử dụng những kỹ thuật miễn dịch để xác định loại tế bào và những sản phẩm tế bào được tạo ra tại vùng đó. Một kỹ thuật được sử dụng là dùng kháng huyết thanh kháng những dấu ấn CD để phát hiện và phân loại tế bào lympho. Một thử nghiệm tương tự đang được đề xuất để phát hiện những cytokin trong mô. 8 II.2.3. Phát hiện đáp ứng miễn dịch với hapten Hiện tại có một vài kỹ thuật đặc biệt để phát hiện đáp ứng miễn dịch với hapten. Một phức hợp hapten-vật mang hoàn toàn có thể được sẵn sàng sẵn sàng in vitro bằng phương pháp phối hợp trong dung dịch với một protein lớn như albumin hoặc một phân tử nhỏ hơn như glutathione. Sau đó, những phức hợp này hoàn toàn có thể được sử dụng để phủ một cơ chất rắn. Một phương pháp khác là vật mang protein được phủ lên cơ chất, thêm hapten và thực hiện thử nghiệm. II.2.4. Đáp ứng miễn dịch của người với những vật liệu II.2.4.1. Nhựa Vật liệu nhựa được dùng để sản xuất găng, bao cao su… là cao su (elastomer) trích từ thực vật. Dị ứng với nhựa thường là loại I (đáp ứng qua trung gian IgE) với phản ứng tức thì (trong vòng vài phút) hoàn toàn có thể đe dọa sự sống. Tuy nhiên, nhựa không được sử dụng để sản xuất vật liệu ghép trong thời gian dài nên những đáp ứng thời gian dài không được để ý quan tâm. II.2.4.2. Collagen Collagen được thu nhận từ những nguồn vật liệu tự nhiên như da, mô bò… Đây là một protein ngoại lai nên nó hoàn toàn có thể kích thích nhiều đáp ứng miễn dịch. Các kháng thể của lớp IgE, IgM, IgG và những đáp ứng miễn dịch qua trung gian tế bào đã được quan sát. Phòng ngừa quan trọng là vô hiệu càng nhiều vật liệu ngoại lai càng tốt. Do collagen của những loài động vật có vú có cấu trúc tương tự nên hoàn toàn có thể vô hiệu những protein nhiễm và để lại vật liệu không sinh dị ứng. Xử lý hóa học và khâu mạch collagen hoàn toàn có thể làm giảm tính sinh kháng nguyên. Các sản phẩm collagen cần phải đánh giá thận trọng về kĩ năng khởi động những đáp ứng miễn dịch. II.2.4.3. Các polymer tổng hợp Các vật liệu này nhờ vào nền tảng những thành phần carbon, hydro, nitơ và oxy tạo nên hệ sinh học. Do đó việc tạo ra những vật liệu có tính kháng nguyên là không thể xảy ra. Tuy nhiên, một số trong những vật liệu polymer có nửa hóa học là đáng quan tâm như polysiloxane (silicone elastomer), polyurethane, poly(methyl)methacrylate… II.3. KẾT QUẢ CỦA MỘT ĐÁP ỨNG MIỄN DỊCH Đáp ứng miễn dịch dường như có khuynh hướng trung hòa, khử độc tính và giúp loại trừ một vật liệu ngoại lai. Tuy nhiên, thỉnh thoảng đáp ứng miễn dịch hoàn toàn có thể gây hại. II.3.1. Hư hỏng vật ghép Sự viêm, phần khởi đầu của đáp ứng miễn dịch, là một phản ứng oxy hóa. Các vật ghép bằng polyurethane và polyethylene hoàn toàn có thể bị phân hủy. II.3.2. Hư hỏng những mô kế cận 9 Các sản phẩm, đặc biệt từ những đáp ứng loại II và IV, hoàn toàn có thể khởi động sự phồng và những đáp ứng mạch khác tại vùng ghép. Giải quyết tiếp theo hoàn toàn có thể không còn hại nữa hoặc là gây hoại tử mô và/hoặc mất sinh khối mô cùng với sự lỏng lẻo và di tán của vật ghép. II.3.3. Các đáp ứng khối mạng lưới hệ thống Các đáp ứng miễn dịch loại I và loại II sinh ra những chất vận mạch. Các chất này tuần hoàn và hoàn toàn có thể gây giãn mạch. Có thể nhận thấy điều này trong đáp ứng với những vật liệu nhựa và những thuốc kết phù phù hợp với tiểu cầu, tế bào mast hoặc những bạch cầu ưa acid, dẫn đến một đáp ứng miễn dịch và giải phóng những chất vận mạch này. II.3.4. Các bệnh tự miễn Đây là một kết quả gây tranh cãi nhất của đáp ứng miễn dịch với những vật ghép. Bệnh tự miễn là kết quả của một đáp ứng miễn dịch với mô chủ. Các bệnh tự miễn như chứng viêm khớp, viêm cầu thận… xảy ra ở những thành viên do nguyên nhân nào vẫn chưa chắc như đinh tuy nhiên có một số trong những liên quan đến nhiễm trước đó (đặc biệt là nhiễm streptococci). Việc chứng tỏ nguyên nhân và hậu quả là một vấn đề dịch tể học với những nghiên cứu và phân tích quần thể lớn. Vấn đề quan trọng là phải tăng cấp cải tiến kỹ thuật thử nghiệm miễn dịch để lý giải nguyên nhân, hậu quả liên quan đến những vật ghép và thực hiện kỹ những khảo sát dịch tể học. Các đáp ứng này hoàn toàn có thể do vài cơ chế. Hai cơ chế hoàn toàn có thể xảy ra nhất đối với vật ghép là (i) vật ghép gắn với mô chủ làm cho nó trở thành một vật ngoại lai như thể phức hợp hapten - vật mang hoặc (ii) biến hóa mô chủ thông qua cuộn (gấp) protein, phân hủy tế bào hay protein tạo kháng nguyên đối với mô chủ. Đây là hậu quả chính của việc bơm ngực silicon. II.4. QUY TRÌNH ĐÁNH GIÁ TÍNH TƯƠNG HỢP SINH HỌC CỦA VẬT LIỆU Khi vật ghép tiếp xúc với hệ sinh học, những phản ứng sau được quan sát: (1) Trong vòng vài giây đầu tiên, những protein từ dịch khung hình sẽ lắng đọng. Lớp protein này điều hòa nhiều phản ứng của khối mạng lưới hệ thống tế bào. Cấu trúc của những protein hấp phụ phụ thuộc vào những đặc tính mặt phẳng của vật ghép. (2) Mô xung quanh vật ghép phản ứng in như phản ứng của khung hình với tổn thương hoặc nhiễm trùng. Do những kích thích cơ học và hoá học, vật ghép hoàn toàn có thể gây ra viêm kéo dãn. Kết quả là mô hạt hình thành xung quanh vật ghép. (3) Trong suốt quá trình tiếp xúc giữa vật liệu sinh học và khung hình, môi trường tự nhiên thiên nhiên khung hình sẽ gây ra sự phân hủy. Các quá trình thủy phân và oxid hóa hoàn toàn có thể làm mất 10 tính ổn định cơ học và giải phóng những sản phẩm phân hủy. (4) Kết quả của sự việc chuyển vận những sản phẩm phân hủy hoàn toàn có thể hòa tan qua hệ mạch và bạch huyết là phản ứng của toàn khung hình với vật ghép là không thể tránh khỏi. Ngoài ra, sự nhiễm khuẩn của vật ghép cũng khá được xem là một trở ngại. II.4.1. Các thử nghiệm tiên quyết để đánh giá tính tương hợp sinh học Các thử nghiệm thành công về đặc tính in vitro của những vật liệu và những sản phẩm đầu tiên là vấn đề kiện tiên quyết để đánh giá tính tương hợp sinh học. Đặc tính lý hóa (như mặt phẳng, diện tích s quy hoạnh) và những đặc tính thích hợp khác (như cơ, điện, vận chuyển, phân hủy sinh học nếu hoàn toàn có thể ứng dụng) phải được đánh giá trên vật liệu thô. Các tài liệu này phải được so sánh với những kết quả tại những thời điểm sản xuất, tiệt trùng, đóng gói, dữ gìn và bảo vệ và bất kỳ tiến trình nào hoàn toàn có thể ảnh hưởng bất lợi đến tính ổn định của sản phẩm, tính bảo vệ an toàn và đáng tin cậy và hiệu suất cao sau khi ghép. Các vật liệu không qua những thử nghiệm tiên quyết này thì không được đánh giá tính tương hợp sinh học. II.4.2. Các phương pháp thử nghiệm và đánh giá tính tương hợp sinh học Đánh giá tính tương hợp sinh học của vật liệu gồm nhiều thử nghiệm: in vitro (sử dụng tế bào và mô), ex vivo, quy mô động vật và những thử nghiệm lâm sàng. Các tổ chức tiêu chuẩn quốc tế và quốc gia hoàn toàn có thể đáp ứng những thông tin thích hợp: the American Society for Testing and Materials (ASTM), the International Organization for Standardization (ISO), FDA và the National Institutes of Health (NIH). II.4.2.1. Thử nghiệm In Vitro Ưu điểm chính của phương pháp này là giá cả hợp lý, đầu tư nhỏ trong phòng thí nghiệm, và quan trọng nhất là quá trình thực hiện nhanh với số lượng lớn vật liệu. - Tính tương hợp máu của vật liệu: được xác định bằng phương pháp sử dụng máu chống đông (một hạn chế không thể tránh của những thử nghiệm này) và đánh giá sự hình thành cục máu đông trên mặt phẳng vật liệu cũng như sự hoạt hóa đông huyết tương, sự bám dính và tụ tập tiểu cầu, sự tổng hợp và giải phóng đồng thời những hợp chất hóa học hoạt động và sinh hoạt giải trí sinh học (như những tác nhân tụ tập, những nhân tố tăng trưởng), sự hoạt hóa bổ thể và những bạch cầu khi những thành phần này tương tác với những vật liệu tổng hợp. Tùy thuộc vào mục tiêu sử dụng ở đầu cuối của vật liệu, những thử nghiệm tính tương hợp máu phải được sắp xếp dưới điều kiện tĩnh hay dòng chảy trong những thử nghiệm cấp và mãn tính. Hồng cầu vỡ sẽ giải phóng hemoglobin dưới điều kiện dòng chảy trong bộ phận giả, sự hóa vôi 11 liên quan đến những bộ phận di tán cơ học (những lá của van tim) cũng phải được xác định. Tuy nhiên, không thể loại trừ những phản ứng này khi máu tiếp xúc với những vật liệu tổng hợp. Do đó, trấn áp và tổi thiểu những phản ứng này là mục tiêu trong việc thiết kế những vật liệu tương hợp máu. - Những tiến bộ trong kỹ thuật nuôi cấy tế bào đã đáp ứng một quy mô in vitro hữu ích để đánh giá tính tương hợp sinh học của vật liệu trong tiến trình lành hóa vết thương. Các tế bào động vật có vú được sử dụng để xác định những hiệu suất cao của tế bào (bám dính, di cư, tăng sinh, tổng hợp và lắng đọng những chất nền ngoại bào…) trên vật liệu. Nếu tiềm năng của việc thiết kế và đánh giá những vật liệu mới là những link mạnh giữa mô xung quanh và vật liệu cấy ghép hoặc có sự tạo thành mô mới thì chỉ những vật liệu tương hỗ hiệu suất cao của những tế bào đặc biệt và tối thiếu sự tương tác của những dòng tế bào đối đầu đối đầu mới được đánh giá nhiều hơn nữa. Ví dụ, chỉ những vật liệu tăng cường hiệu suất cao nguyên bào xương (tế bào tạo xương) nhưng giảm tối thiểu hiệu suất cao của những nguyên bào sợi (tế bào đối đầu đối đầu) mới trở thành “ứng cử viên” cho những ứng dụng trong chỉnh hình hoặc nha khoa. - Mô hình tế bào động vật in vitro cũng khá được sử dụng để xác định ảnh hưởng của những hợp chất hóa học (như loại ion, hàm lượng ion được giải phóng khi sắt kẽm kim loại bị xói mòn, những đại phân tử và những monomer được giải phóng trong suốt quá trình phân hủy của những polymer hoàn toàn có thể tái hấp thu sinh học) được giải phóng dưới những điều kiện của môi trường tự nhiên thiên nhiên sinh lý. Các vật liệu bị thất bại trong thử nghiệm độc tính cấp sẽ không được đánh giá cũng như xem xét tiếp tục. Ngay cả khi vật liệu đã qua thử nghiệm kĩ năng sống của tế bào thì ảnh hưởng của những sản phẩm được giải phóng đến hình thái (gồm sự tích lũy nội bào của những sản phẩm phân hủy), sự tăng sinh và những hiệu suất cao khác của tế bào từ đầu cho tới kết thúc sử dụng vật liệu cũng phải được đánh giá. Các quy mô này rất tốt để khảo sát những hiệu suất cao và những cơ chế thích hợp của một dòng tế bào tại thuở nào điểm nhưng bị hạn chế trong môi trường tự nhiên thiên nhiên phức tạp của khung hình. Do đó, thiết yếu sử dụng những quy mô khác (như quy mô động vật) để làm sáng tỏ những sự kiện nhiều khía cạnh, tương tác và linh động mà trực tiếp, trung gian trấn áp những tương tác mô – vật liệu bên trong khung hình. II.4.2.2. Các quy mô động vật Tính nhân đạo và những yêu cầu hợp pháp Các quy mô động vật được sử dụng để xác định tính tương hợp in vivo của những vật liệu. Các kết quả âm tính (không còn kết quả) quyết định kĩ năng không đồng ý khối mạng lưới hệ thống được thử nghiệm. Tuy nhiên, những kết quả dương tính không nhất thiết chứng tỏ tính tương hợp ở người. Do sự khác lạ về loài, việc ngoại suy những kết luận từ thử nghiệm động vật để tiên đoán những đáp ứng của con người là không chắc như đinh và nguy hiểm. Mô hình động vật thích hợp nhất là linh 12 trưởng do sự tương đồng của chúng với người, thậm chí sự khan hiếm, giá cả và duy trì… bầy động vật này. Việc thử nghiệm trên quy mô động vật chỉ được tiến hành sau khi đã thực hiện thành công những thử nghiệm tiên quyết về đặc tính vật liệu và những thí nghiệm in vitro. Các nhà nghiên cứu và phân tích nên xác định loài thích hợp nhất cho mục tiêu khảo sát, thận trọng sắp xếp thí nghiệm sao cho số lượng động vật sử dụng nhỏ nhất nhưng thu được kết quả thống kê cao và tránh lặp lại thí nghiệm không cần thiết. Phân loại những thử nghiệm Các thử nghiệm động vật để đánh giá tính tương hợp sinh học của vật liệu hoàn toàn có thể được phân thành 3 cách chính: i) Các thử nghiệm không hiệu suất cao Trong trường hợp này, bộ sưu tập có hình dạng bất kỳ được ghép vào mô mềm (dưới da, trong cơ, trong bụng) qua quy trình tiểu phẫu. Nghiên cứu này cần khoảng chừng thời gian ngắn (vài ngày đến vài tháng) nhưng đáp ứng thông tin giá trị về những tương tác mô – vật liệu sinh học tại chỗ và những biến chứng khối mạng lưới hệ thống. ii) Các thử nghiệm ex vivo Các shunt động mạch – tĩnh mạch và tĩnh mạch – tĩnh mạch được lấy từ máu của động vật, qua thử nghiệm vật liệu và đưa trở lại khung hình động vật. Trong trường hợp này, những tài liệu thu nhận được để xác định tính tương hợp sinh học máu của vật liệu là sự việc tích lũy protein, sự bám dính tế bào máu và sự đóng cục trên mặt phẳng vật liệu. iii) Các thử nghiệm hiệu suất cao Thử nghiệm này cần ghép một vật liệu có hiệu suất cao, ví dụ ghép khớp háng và tim trong những vùng tổ chức của động vật theo cách phẫu thuật tương tự của người. Các thử nghiệm hiệu suất cao là những nghiên cứu và phân tích thời gian dài, có nhu yếu các suy xét đặc biệt (như thiết kế, sản xuất và thử nghiệm bộ phận giả), phức tạp và đắt tiền. Các đáp ứng sinh học tại chỗ và khối mạng lưới hệ thống Sự cấy ghép vật liệu trên động vật đáp ứng những thông tin quan trọng về sự tương tác với tính tương hợp máu, cấp tính, mãn tính, sự viêm tại chỗ và hệ thống, độ nhạy cảm và tiến trình lành hóa vết thương. Các đáp ứng gây sốt, miễn dịch, độc tính và sinh khối u của động vật cấy ghép vật liệu cũng hoàn toàn có thể được xác định. những phương pháp và quy trình rõ ràng của những thử nghiệm này được ASTM, NIH và những tổ chức chuyên nghiệp khác đáp ứng. Minh họa một khung thử nghiệm nhờ vào những nguyên tắc của FDA và ISO 13 Loại vật liệu Đánh giá ban đầu Đánh giá tương hỗ update Tiếp xúc Th Đ Độ Độ Độc Độ Độc Sự Tín Độ Sự khung hình ời ộc nh kíc tính c tính cấ h c sin gia tín ạy h hệ tín di y tươ tín h n h ứn thố h truy ghé ng h kh tiế tế g ng dư ền p hợp mã ối p bà da (cấ ới máu n u xúc o p) mã tín n h tín h Vật liệu mặt phẳng Da A • • • B • • • C • • • Màng nhầy A • • • B • • • o o o C • • • o • • o o Bề mặt bị A • • • o tổn thương B • • • o o o C • • • o • • o o Vật liệu thông tin bên phía ngoài Blood path A • • • • • indirect B • • • • o • C • • O • • • o • • • Tissue, A • • • o Bone dentin communicat B • • O o o • • ing C • • O o o • • o • Máu tuần A • • • • O • hoàn B • • • • o • o • C • • • • • • o • • • Xương/ Mô A • • • o 14 Vật liệu cấy ghép B • • O o o • • C • • O o o • • • • Máu A • • • • • • B • • • • o • • • C • • • • • • • • • • A – Tiếp xúc ngắn (≤ 24 giờ); B – Tiếp xúc kéo dãn (24 giờ - 30 ngày); C – Tiếp xúc lâu dài (> 30 ngày) • - Các thử nghiệm đánh giá FDA và ISO; o – Các thử nghiệm tương hỗ update do FDA yêu cầu II.4.2.3. Các thử nghiệm lâm sàng Các quy trình và những quy định Nếu những thử nghiệm in vitro và trên động vật đã thành công thì cũng không thể tiên đoán được tác động của vật liệu trên người nếu không còn những thử nghiệm lâm sàng. Các thử nghiệm lâm sàng phải thành công trước khi những bộ phận giả được sử dụng rộng rãi cho bệnh nhân. Ngoài những tiêu chuẩn khoa học, những đánh giá lâm sàng phải tuân theo quy định pháp luật. Các kết quả thử nghiệm in vitro, ex vivo và in vivo (động vật) phải được lưu giữ thận trọng để tương hỗ cho những thử nghiệm lâm sàng. Người nhận phải được mua bảo hiểm cho những rủi ro khi cấy ghép vật liệu mới. Hơn nữa, những quy trình rõ ràng mô tả vật liệu, quá trình phẫu thuật, xử lý hậu phẫu, chăm sóc người nhận và những đánh giá khác ví như so sánh sức khỏe của ngưới nhận trước và sau khi cấy ghép, so sánh người nhận với người khỏe mạnh cùng nhóm thích hợp (tuổi, giới tính, môi trường tự nhiên thiên nhiên sống và thao tác…) phải phù phù phù hợp với những quy định của FDA, quốc tế nhằm mục đích bảo vệ quyền lợi của những người dân tham gia trong thử nghiệm lâm sàng Sự thất bại khi cấy ghép, sự phục hồi và đánh giá Một thông tin khác quan trọng và có mức giá trị hoàn toàn có thể được thu nhận từ việc đánh giá vật liệu cũng như những mô sinh học xung quanh là sự việc phục hồi của cục phận giả từ khung hình vào cuối đời của người nhận. Mặc dù những vật liệu sinh học được thiết kế nhờ vào cơ sở sinh lý của người khỏe mạnh thông thường nhưng người nhận những vật liệu nó lại đa phần là người lớn tuổi hoặc người bệnh. Do đó, không thể Dự kiến hết được tác động của vật liệu dưới tất cả tình trạng người nhận với nhiều bệnh lý và đơn thuốc rất khác nhau. Dưới những trường hợp như vậy, những biến chứng không dự kiến trước hoàn toàn có thể xảy ra như thể mất hiệu suất cao, rối loạn hóa lý… Ngoài ra, những 15 biến chứng như thể đau hoặc gây phiền phức hoàn toàn có thể kết phù phù hợp với viêm nhiễm và những triệu chứng lâm sàng khác gây nguy hiểm cho sức khỏe người nhận. Khi đó, sự can thiệp của phẫu thuật là không thể tránh khỏi. II.5. Các biến chứng (complication) liên quan đến sự lành hóa vết thương xung quanh vật ghép Nhiều trường hợp hoàn toàn có thể phức tạp, trì hoãn hoặc thậm chí ngừng tiến trình lành hóa vết thương xung quanh vật liệu cấy ghép. Ví dụ khi máu tiếp xúc với những vật liệu sinh học cấy ghép, những thành phần bổ thể hoàn toàn có thể được hoạt hóa và lôi kéo bạch cầu. Trong khi sự viêm cấp là một phần thiết yếu trong tiến trình lành hóa thì sự viêm mãn (kéo dãn hàng tuần đến hàng tháng sau cấy ghép ) hoàn toàn có thể làm trì hoãn hoặc ngăn ngừa sự lành hóa vết thương tại vùng cấy ghép. Sự viêm mãn hoàn toàn có thể trở thành một vấn đề lâm sàng nghiêm trọng và hoàn toàn có thể yêu cầu phẫu thuật để vô hiệu vật liệu cấy ghép. Sự tiếp xúc của những vật liệu sinh học trong môi trường tự nhiên thiên nhiên làm lành vết thương (giàu hóa chất phản ứng và những hợp chất hoạt động và sinh hoạt giải trí sinh học) hoàn toàn có thể gây ra xói mòn sắt kẽm kim loại và phân hủy polymer làm giải phóng những ion và những monomer (những chất ổn định, yếu tố polymer hóa, chất nhũ tương…), hoạt động và sinh hoạt giải trí hóa học của những hợp chất này hoàn toàn có thể ảnh hưởng đến hóa học và làm thay đổi hình thể bề mặt vật liệu. Hình : Các bạch cầu được hoạt hóa làm thay đổi mặt phẳng vật liệu cấy ghép. (A) Hình kính hiển vi điện tử quét mặt phẳng của đĩa poly(etherurethane urea) (PEUU) đối chứng, không cấy ghép. (B) Hình kính hiển vi điện tử quét mặt phẳng của đĩa PEUU sau khi ghép 28 ngày dưới da của chuột. Người ta tin rằng cấu trúc mặt phẳng xù xì là vì hoạt động và sinh hoạt giải trí của những bạch cầu được hoạt hóa 16 Một vật liệu cấy ghép hoàn toàn có thể là nguồn kích thích viêm vì nhiều nguyên do. Ví dụ: vật liệu không được bao bọc và bị ngăn cách hoàn toàn với phần còn sót lại của cơ thể; vật liệu lọc những hóa chất tiền viêm (pro-inflammatory); vật liệu bị rã thành nhiều phần tử nhỏ. Các hạt được tạo ra tại mặt phân cách mô – vật ghép do động lực, liên quan đến ma sát của hai mặt phẳng khớp nối (ví dụ trường hợp khớp háng, khớp hàm tạm thời…). Loại, hàm lượng và hoạt tính sinh hóa của những hợp chất giải phóng này hoàn toàn có thể độc đối với tế bào, cảm ứng viêm và ngăn cản tiến trình lành hóa vết thương; quan trọng nhất, những hợp chất này cũng hoàn toàn có thể gây viêm, dị ứng và gây phản ứng miễn dịch khối mạng lưới hệ thống. Ví dụ, sự hiện hữu những ion sắt kẽm kim loại (như nickel, chromium, cobalt) hoàn toàn có thể gây dị ứng và những phản ứng quá mẫn; những biến chứng này thường thấy trong lâm sàng khi sử dụng những sắt kẽm kim loại tổng hợp (như cobalt-chromium-molybden) trong nha khoa. Cơ chế đúng chuẩn của sự việc hoạt hóa hệ miễn dịch của những ion sắt kẽm kim loại vẫn không được làm rõ. Phần lớn những polymer sử dụng trong những ứng dụng y sinh hiện tại không gây phản ứng miễn dịch quan trọng. Các vật liệu được thiết kế từ những polymer hoàn toàn có thể phân hủy sinh học và khi phân hủy sinh ra những sản phẩm phụ (như acid lactic, acid glycolic, acid caproic) có tính tương hợp sinh học hoặc đã có sẵn trong khung hình và sẽ được thải ra ngoài qua con phố trao đổi chất thông thường. Một số ion sắt kẽm kim loại (đặc biệt là nickel) và những monomer (như benzyl chloride) là những tác nhân gây ung thư. Thông qua hoạt động và sinh hoạt giải trí hóa học, những hợp chất này hoàn toàn có thể tham gia chuyển dạng những tế bào thông thường. Sự phát triển khối u tại chỗ hoặc gần mặt phẳng vật ghép phụ thuộc vào hình dạng và đặc tính vật lý của vật ghép. Các biến chứng thông thường nhất trong tiến trình lành hóa vết thương xung quanh vật ghép liên quan đến bao sợi vật ghép. Do mô tổn thương không lành hoàn toàn, một lượng lớn mô hạt, sợi xơ và sẹo được tạo thành. Sự cô lập vật ghép bởi bao sợi là một tiến trình thông thường mà khung hình đối phó với sự xâm nhập của vật ghép. Tuy nhiên, những biến chứng hoàn toàn có thể tăng khi mô dày, không thấm làm suy giảm những hiệu suất cao cơ học của vật ghép hoặc ức chế sự giải phóng những tác nhân liệu pháp trong trường hợp hệ phân phát thuốc. Vị trí bị cô lập trở nên khó xử lý và xử lý trong trường hợp nhiễm, vi khuẩn và những vi sinh vật khác tìm thấy một nơi ẩn náu bên trong bao sợi và phát triển mạnh, kháng sinh và những dược phẩm khác không thể tác động đến do không thấm qua rào cản mô sợi cũng như không đủ lượng để có hiệu suất cao. Dưới trường hợp này, phải phẫu thuật loại bỏ vật ghép. Nếu được ghép dưới da, vật ghép cô lập trong bao sợi rất gần da và hoàn toàn có thể bị đẩy ra ngoài khung hình. 17 III. CÁC VẬT LIỆU SINH HỌC TIẾP XÚC MÁU: CÁC Ý TƯỞNG ĐỂ CẢI TẠO KHẢ NĂNG TƯƠNG HỢP MÁU Hiện nay, những vật liệu được sử dụng trong lâm sàng đã đạt yêu cầu về những đặc tính cơ học nhưng tính tương hợp tuyệt đối của chúng với máu vẫn chưa đạt được. Do đó, những vật liệu polymer như polyurethane, silicone, polyolefin, polu(vinyl chloride) chỉ sử dụng trong thời gian ngắn đã gây đông và cần chất chống đông máu. Các vật liệu sử dụng thời gian dài tương tự tác tự tạo cục máu đông như DacronTM [poly(ethylene terephthalate)] có cấu trúc mạng sợi tạo thành mạch máu giả có đường kính to hơn 6mm. Cục đông tạo thành để đóng những lỗ mở trong cấu trúc sợi, fibroblast và fibrin tạo ra sẽ ngăn ngừa máu chảy vào bên trong cấu trúc. Do dòng máu chảy mạnh và đường kính mạch lớn nên không xảy ra sự đóng mạch như thể kết quả của sự việc hình thành cục máu đông. Nguyên tắc này không còn mức giá trị đối với những mạch có đường kính nhỏ hơn 6mm. Dưới điều kiện sinh lý, mặt phẳng của mạch tiếp xúc với máu là một lớp tế bào nội mô. Các tế bào này thực hiện những hiệu suất cao điều hòa sự nghẽn mạch, tham gia tổng hợp, vận chuyển những chất hoạt động và sinh hoạt giải trí trong chuyển hóa. Đặc điểm chính của những tế bào nội mô là tính tương hợp máu. Do đó, việc phủ mặt phẳng vật liệu với một lớp đơn tế bào nội mô người là quan điểm hứa hẹn nhất để tạo được một mặt phẳng tương hợp sinh học. Tuy nhiên, việc phát triển một cơ quan lai như vậy vẫn chưa thực hiện được vì hiện tại những tế bào nội mô người không tăng trưởng trên những mặt phẳng lạ. Trong mạch thông thường, những tế bào nội mô tăng trưởng trên màng cơ bản tự tạo gồm collagen (loại I, III. IV), proteoglycan, glycoprotein fibronectin và laminin. Một đoạn fibronectin có trình tự RGD có vai trò trong sự bám dính của những tế bào nội mô. Nhiều nhóm nghiên cứu và phân tích đã nỗ lực tăng sinh những tế bào nội mô trên những polymer tổng hợp bằng phương pháp phủ mặt phẳng polymer với fibronectin hoặc collagen hoặc bằng phương pháp phối hợp đồng hóa trị những oligopeptide chứa trình tự tripeptide RGD đặc hiệu. Việc phát triển một vật liệu cấy ghép có phủ tế bào nội mô để ứng dụng thời gian dài có lẽ rằng là việc làm phức tạp và tiêu tốn nhiều thời gian nhất. Nhiều ý tưởng đã được thực hiện để tái tạo tính tương hợp máu của vật liệu. 18 Hình : Các ý tưởng để tái tạo tính tương hợp máu của mặt phẳng vật liệu III.1. Tối thiểu sự tương tác Một phương pháp tái tạo tính tương hợp máu của polymer là địa thế căn cứ vào bề mặt polymer có tính ưa nước cao hơn sẽ giảm sự hấp thụ protein và giảm bám dính tế bào. Để phát triển những hệ polymer tương hợp máu mới, những domain ưa nước và kỵ nước được điều chỉnh để giảm năng lượng mặt phẳng. Một thành phần thích hợp của hỗn hợp polymer hoặc chiều dài những đoạn trong copolymer khối trấn áp hình dạng của polymer. Người ta đã quan sát được sự bám dính tiểu cầu giảm đáng kể trên mặt phẳng copolymer khối ABA của HEMA ưa nước (A) và styren kỵ nước (B). Sự thay đổi những đoạn ưa nước mềm và cứng rất khác nhau của polyurethane chỉ ra sự hấp thu fibrinogen thấp và albumin cao giúp tái tạo tính tương hợp máu. Ngoài ra, hoàn toàn có thể tối thiểu sự tương tác hệ sinh học/vật liệu sinh học bằng cách biến hóa mặt phẳng của polymer mà không thay đổi những đặc tính khối của polymer. Ví dụ, mặt phẳng polymer được ghép với PEO thì tính ưa nước sẽ tăng, làm giảm hoạt hóa bổ thể và bám dính tiểu cầu. Tương tự, polymer kỵ nước được phủ một lớp hydrogel như PHEMA sẽ cải tổ tính không nghẽn mạch của polymer. Việc cố định và thắt chặt những nhóm chức như nhóm hydroxyl, carboxyl, amino không riêng gì có làm giảm năng lượng mặt phẳng mà còn hoạt động và sinh hoạt giải trí như thể nhóm link đẩy mạnh sự biến hóa mặt phẳng hóa học. III.2. Ghép thuốc Tính tương hợp máu của những vật liệu sinh học hoàn toàn có thể được cải tổ bằng cách phủ hoặc ghép những chất chống đông, những chất ức chế sự bám dính tiểu cầu hoặc những chất hoạt hóa tiêu fibrin. Ví dụ phổ biến nhất là bắt cặp ion hoặc đồng hóa trị của heparin với mặt phẳng của catheter hoặc stent tiếp xúc với máu. Theo nguyên tắc này, những chất sinh oxy có heparin gắn đồng hóa trị đã được kiểm tra trong thử nghiệm lâm sàng. Do hoạt tính của heparin giảm theo thời gian tiếp xúc nên những ứng dụng thời gian dài vẫn chưa thành công. Nguyên tắc này cũng hoàn toàn có thể được ứng dụng để cố định và thắt chặt albumin, urokinase hoặc prostaglandin trên vật liệu sinh học. Sự bám dính tiểu cầu giảm khi cố định và thắt chặt phosphorylcholine, một thành phần chính của màng tiểu cầu và hồng cầu, trên mặt phẳng polymer. III.3. Bắt chước 1 màng sinh học 19 Một phương pháp đầy hứa hẹn để tránh bất kỳ phản ứng nào chống lại những mặt phẳng lạ là bắt chước màng tế bào hồng cầu ở mặt phẳng tiếp xúc máu. IV. GIAÛI QUYEÁT SÖÏ NHIEÃM TRUØNG CAÁP TÍNH VAØ MAÕN TÍNH TRONG CAÙC CA GHEÙP VAÄT LIEÄU SINH HOÏC Taùc haïi do söï sinh saûn töï nhieân cuûa vi khuaån bao goàm söï baøo moøn vaø hö hoûng thaønh phaàn kim loaïi. Söï taïo thaønh biofilm coøn laø moät vaán ñeà nghieâm troïng cuûa y hoïc, theå hieän ôû söï nhieãm truøng maûnh caáy nhö laø oáng khí quaûn, oáng thoâng tónh maïch, thuyû tinh theå tieáp xuùc, oáng nieäu vaø nhöõng maûnh gheùp phuï trôï nhö van tim, khôùp thay theá, maûnh gheùp nha khoa vaø maûnh gheùp xöông soáng. Trong thöïc teá, vieäc gia taêng söû duïng maûnh gheùp laøm baèng vaät lieäu sinh hoïc cho con ngöôøi trong nhöõng naêm gaàn ñaây thöôøng ñi keøm vôùi söï nhieãm truøng vi khuaån, thöôøng do Staphylococcus epidermis gaây ra. Tuyø thuoäc vaøo nhöõng cô cheá lieân quan, nhöõng aûnh höôûng naøy coù theå laø caáp tính hoaëc maõn tính (xuaát hieän nhanh hay chaäm sau khi caáy gheùp). Söï hình thaønh biofilm thöôøng daãn ñeán vieäc loaïi boû hoaëc raø soaùt laïi maûnh gheùp gaây taùc ñoäng, keát quaû gaây ra söï toån thöông ôû beänh nhaân. IV.1. Biofilm laø gì ? Chaát nhaày hình thaønh treân beà maët cuûa caùc maûnh gheùp y hoïc (nuùt xoang nhó, khôùp nhaân taïo, oáng thoâng…) thöôøng laø nôi aån naùu cuaû caùc loaïi vi sinh vaät, chuùng coù theå toàn taïi dai daúng baát chaáp söï hieän dieän cuaû thuoác khaùng khuaån hoaëc khaùng naám. Nhöõng vi sinh vaät naøy (thöôøng laø caùc hoï vi khuaån, naám, vaø caùc vi sinh vaät khaùc) taïo thaønh moät quaán theå thöôøng ñöôïc bieát vôùi teân goïi biofilm. 20 Page 2
YOMEDIA
Một vật liệu sinh học là bất kỳ chất hoặc hợp chất nào (không phải là thuốc) có nguồn gốc tổng hợp hoặc tự nhiên, được dùng để điều trị, tăng cường hoặc thay thế mô, cơ quan hoặc hiệu suất cao của khung hình (NIH)
28-03-2010 1044 267
Download
Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2009-2022 TaiLieu.VN. All rights reserved.
