Đánh giá khả năng ghép dị loài mạch máu dây rốn người trên chuột cống trắng chủng wistar

Đánh giá khả năng ghép dị loài mạch máu dây rốn người trên chuột cống trắng chủng wistar Đánh giá khả năng ghép dị loài mạch máu dây rốn người trên chuột cống trắng chủng wistar

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

Nguyễn Trung Kiên

ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG GHÉP ĐỒNG LOÀI MẠCH MÁU DÂY RỐN NGƯỜI TRÊN CHUỘT CỐNG TRẮNG CHỦNG WISTAR

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2022

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

Nguyễn Trung Kiên

ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG GHÉP DỊ LOÀI MẠCH MÁU DÂY RỐN NGƯỜI TRÊN CHUỘT CỐNG

TRẮNG CHỦNG WISTAR

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

Nguyễn Trung Kiên

ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG GHÉP DỊ LOÀI MẠCH MÁU DÂY RỐN NGƯỜI TRÊN CHUỘT CỐNG

TRẮNG CHỦNG WISTAR

Chuyên ngành: Công Nghệ Sinh học

Mã số: 8420201.22

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Người hướng dẫn khoa học:

TS.BS Đỗ Xuân Hai

PGS.TS Hoàng Thị Mỹ Nhung

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài: “Đánh giá khả năng ghép dị loài mạch máu dây rốn người trên chuột cống trắng chủng Wistar” là một công trình nghiên cứu của cá nhân

tôi, được thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của TS BS Đỗ Xuân Hai và PGS TS Hoàng Thị Mỹ Nhung Các số liệu nghiên cứu khoa học và kết quả nghiên cứu của luận văn là trung thực và tài liệu tham khảo đã được ghi rõ nguồn trích dẫn Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về lời cam đoan này

Hà Nội , tháng năm

Tác giả

Nguyễn Trung Kiên

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới:

- Ban Giám đốc Học viện Quân y

- Ban Giám hiệu trường Đại học Khoa học Tự nhiên

- Phòng Đào tạo Sau đại học trường Đại học Khoa học Tự nhiên

- Bộ môn Phẫu thuật thực hành, thực nghiệm, Học viện Quân y

- Khoa Sinh học trường Đại học Khoa học Tự nhiên

- Khoa Vật lý trường Đại học Khoa học Tự nhiên

- Trung tâm Ứng dụng Y học tái tạo và Công nghệ cao Vinmec

Đã tạo điều kiện và giúp đỡ tối đa cho tôi trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn này

Tôi xin cảm ơn các thầy, cô của Bộ môn Phẫu thuật thực hành, thực nghiệm, Học viện Quân Y đã dạy dỗ, chỉ bảo tôi trong quá trình học tập tại bộ môn Đặc biệt, tôi xin được cảm ơn TS.BS Đỗ Xuân Hai, Chủ nhiệm Bộ môn Phẫu thuật thực hành, thực nghiệm, người thầy trực tiếp hướng dẫn tôi hoàn thành luận văn và tạo điều kiện cho tôi

có cơ hội được thực tập qua đó giúp tôi có cơ hội được tiếp cận với những kỹ thuật và trang thiết bị hiện đại hàng đầu

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới PGS.TS Hoàng Thị Mỹ Nhung, người đầu tiên truyền cảm hứng cho tôi tìm đến Bộ môn Sinh học Tế bào, người đã tận tình hướng dẫn, và dìu dắt tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu, đồng thời cũng là người luôn lắng nghe, động viên và giúp đỡ tôi những lúc gặp khó khăn

Tôi cũng xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc tớ i các anh, chị, cán bộ tại Bộ môn Phẫu thuật thực hành, thực nghiệm, Học viện Quân y đã hướng dẫn trực tiếp của tôi trong quá trình thực hiện nghiên cứu, người đã luôn tâ ̣n tình hướng dẫn và giải đáp những thắc mắc, khó khăn đồng thời luôn động viên và hỗ trợ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu để hoàn thành tốt luận văn của mình

Tôi xin chân thành cảm ơn CN Phạm Bích Hạnh và CN Đỗ Diệu Linh đã hỗ trợ nhiệt tình cho tôi trong suốt quá trình hoàn thành luận văn cao học này

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến các Thầy, Cô trong Bộ Môn Sinh học Tế bào, các anh chị, và các em trong nhóm Ung thư thực nghiệm đã đồng hành và hỗ trợ tôi trong suốt quá trình làm việc

Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, người thân, bạn bè đã luôn ở bên, tin tưởng, ủng hộ và tạo điều kiện cho tôi có một chỗ dựa vững chắc giúp tôi vượt qua mọi khó khăn, thử thách

Xin gửi đến tất cả lòng biết ơn sâu sắc nhất!

Nghiên cứu này được thực hiện với sự hỗ trợ kinh phí bởi Quỹ Đổi mới sáng tạo

Vingroup (VinIF) “Ứng dụng tế bào gốc MUSE trong tạo mạch máu nhân tạo bằng công

nghệ in 3D sinh học không sử dụng khuôn”, mã số: VINIF 2020 DA07

Hà Nội, tháng năm

Học viên cao học

Nguyễn Trung Kiên

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 4

1.1 Đặc điểm chung của cuống rốn 4

1.1.1 Sự hình thành và vai trò của cuống rốn 4

1.1.2 Cấu tạo của cuống rốn 4

1.1.3 Đặc điểm của dây rốn và mạch máu cuống rốn 6

1.1.3.1 Đặc điểm của cuống rốn 6

1.1.3.2 Cấu trúc mạch máu cuống rốn 7

1.2 Cấu tạo thành mạch 8

1.2.1 Thành phần tế bào 8

1.2.2 Chất nền ngoại bào của thành mạch 9

1.3 Các bệnh lý mạch máu cần cấy ghép mạch máu 11

1.3.1 Các bệnh lý bẩm sinh 11

1.3.2 Bệnh lý xơ vữa mạch máu 12

1.3.3 Bệnh động mạch ngoại vi 12

1.3.4 Bệnh động mạch vành 12

1.4 Các nghiên cứu thay thế mạch máu 13

1.4.1 Đại cương về bệnh lý mạch máu 13

1.4.2 Phẫu thuật thay thế mạch máu 15

1.4.3 Vật liệu thay thế mạch máu 17

1.4.3.1 Mạch máu tự nhiên 17

1.4.3.2 Mạch máu nhân tạo 17

1.4.3.3 Mạch máu cuống rốn 19

1.5 Các nghiên cứu về thay thế mạch máu trong nước và trên Thế giới 19

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26

2.1 Đối tượng nghiên cứu 26

2.2 Phương pháp nghiên cứu 26

2.2.1 Thiết kế nghiên cứu 26

2.2.2 Cỡ mẫu nghiên cứu 26

2.2.3 Các bước tiến hành nghiên cứu 26

2.2.4 Quy trình nghiên cứu 27

2.2.4.1 Quy trình đánh giá tính sinh miễn dịch trên in vivo và in vitro 27

2.2.4.2 Quy trình ghép thay thế đoạn động mạch chủ dưới thận thực nghiệm 32 2.2.5 Chỉ tiêu nghiên cứu và tiêu chuẩn đánh giá 34

2.2.5.1 Đánh giá tính sinh miễn dịch trên in vivo và in vitro 34

2.2.5.2 Một số chỉ tiêu nghiên cứu về ghép mạch chủ bụng 36

2.2.6 Xử lý số liệu 37

2.2.7 Đạo đức trong nghiên cứu 37

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 38

3.1 Kết quả về tính sinh miễn dịch trên in vitro và in vivo 38

3.1.1 Kết quả về đặc điểm mạch máu dây rốn và đồng loài 38

3.1.2 Kết quả tính sinh miễn dịch trên in vitro 38

3.1.3 Tính sinh miễn dịch trên in vivo 42

3.2.1 Đặc điểm chung nhóm nghiên cứu 43

3.2.2 Thời gian vi phẫu thuật 43

CHƯƠNG 4: THẢO LUẬN 48

4.1 Tính sinh miễn dịch in vitro và in vivo của động mạch cuống rốn 48

4.2 Quy trình ghép mạch máu vi phẫu 48

4.3 Ghép mạch máu đồng loài 50

KẾT LUẬN 53

KIẾN NGHỊ 54

TÀI LIỆU THAM KHẢO 55

BẢNG DANH MỤC VIẾT TẮT

alloMNC Allogeneic mononuclear cells Tế bào đơn nhân đồng loại

autoMNC Autologous mononuclear Tế bào bạch cầu đơn nhân tự

thân

CFSE Carboxy Fluoroscein Succinimidyl

Ester

HUVEC Human umbilical vein endothelial

MUSE Multi-lineage differentiating stress

enduring

Chống chịu stress biệt hóa đa dòng

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1:Thống kê các mẫu trong mô hình in vitro 29

Bảng 2.2: Đánh giá liền vết mổ đại thể 35

Bảng 2.3: Đặc điểm vi thể tổ chức mạch máu vùi 37

Bảng 3.1: Chiều dài động mạch dây rốn vùi và ghép 38

Bảng 3.2: Đường kính động mạch dây rốn vùi và ghép 38

Bảng 3.3: Thời gian thu hoạch và bảo quản mạch máu ghép 38

Bảng 3.4: Kết quả vết mổ vùi (n = 6) 42

Bảng 3.5: Kết quả vi thể (n = 6) 42

Bảng 3.6: Một số đặc điểm về thời gian phẫu thuật 43

Bảng 3.7: Một số đặc điểm kỹ thuật (n = 12) 44

Bảng 3.8: Phân áp oxy sau ghép mạch 45

Bảng 3.9: Kết quả siêu âm mạch máu 46

Bảng 3.10: Theo dõi sau ghép (n = 12) 46

Bảng 3.11: Kết quả giải phẫu bệnh 47

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Mô tả cấu trúc dây rốn gồm ba mạch máu được bao bọc bởi lớp Wharton’s

Jelly 5

Hình 1.2: Giải phẫu mạch máu cuống rốn 8

Hình 1.3: Hình ảnh cắt ngang tĩnh mạch (trái) và động mạch dây rốn (giữa, phải) trên tiểu bản nhuộm Von Gieson Chỉ thấy lớp elastin dưới nội mạc ở tĩnh mạch cuống rốn 8 Hình 1.4: Các thành phần tế bào thành mạch 9

Hình 1.5: Lớp áo giữa thành mạch Các phiến elastin thành động mạch được xếp thành hệ thống lưới 3 chiều nhờ sự liên kết giữa các phiến, nhờ có các liên kết này mà áp lực lên thành mạch được phân tán đều khắp thành mạch qua hệ thống các phiến elastin 11

Hình 1.6: Quy trình và kỹ thuật in sinh học [9] 21

Hình 1.7: Quy trình tạo giàn giáo in sinh học 3D (3DP) 23

Hình 1.8: Các thiết kế chip được sử dụng để chế tạo sinh học các khung mô in với các kênh giống như mạch máu trên chip 24

Hình 2.1: Phân lập tế bào đơn nhân bằng phương pháp ly tâm tỷ trọng Lymphoprep 28

Hình 2.2: Hình vùi và lấy mẫu làm giải phẫu bệnh 31

Hình 2.3: Bộc lộ động mạch chủ bụng và đoạn mạch hiến 33

Hình 3.1: Tỉ lệ % tế bào lympho T ở quần thể bạch cầu đơn nhân (MNC) tại thời điểm sau phân lập 39

Hình 3.2: Phân tích kiểu hình quần thể tế bào MNC sau khi đồng nuôi cấy với động mạch cuống rốn 40

Hình 3.3: Động mạch dây rốn không kích thích tăng sinh tế bào lympho T khi đồng nuôi cấy với các mẫu bạch cầu đơn nhân tự thân (autoMNC), đồng loại (alloMNC), và dị loài (ratMNC) 41

Hình 3.4: Hình ảnh vi thể ngày thứ 7 42

Hình 3.5: Ghép mạch vi phẫu động mạch chủ bụng 44

Hình 3.6: Mạch chủ bụng sau tái thông 45

Hình 3.7: Kết quả theo dõi trong 6 ngày 47

MỞ ĐẦU

Bệnh lý về mạch máu là một trong những nguyên nhân gây tử vong hàng đầu trên toàn thế giới [38] Trong số các bệnh về tim mạch, các nhóm bệnh liên quan đến xơ vữa động mạch và động mạch vành chiếm tỉ lệ lớn về mức độ gây tử vong, xơ vữa động mạch gây ra đột quỵ não, bệnh thiếu máu cơ tim và bệnh động mạch ngoại vi [27] Hiện nay nhằm khắc phục căn bệnh này, biện pháp tối ưu là tái lưu thông mạch vành để tăng cường lượng máu tới tim, bằng cách sử dụng ống thông tổng hợp hoặc sử dụng kỹ thuật phẫu thuật bắc cầu được sử dụng rộng rãi để điều trị những trường hợp xơ vữa mạch nghiêm trọng [5] Tuy vậy, các biện pháp này đều có những nhược điểm lớn khó khắc phục được

hoàn toàn

Mạch máu tự thân (tĩnh mạch hiển, động mạch vú, ) được xem là sự lựa chọn đầu tiên để sử dụng, song một số hạn chế tồn tại như ở những bệnh nhân bị bệnh lý mạch máu toàn thân, bệnh nhân cụt chi thể, mạch đã sử dụng cho lần phẫu thuật trước, phẫu thuật lấy mạch mang đến nhiều nguy cơ liên quan đến phẫu thuật Ngoài ra, mạch máu

tự thân còn một số hạn chế như: Tĩnh mạch sẽ bị sơ hoá sớm từ 2 đến 10 năm; Động mạch không có nhiều vị trí có thể lấy được từ đó quyết định lựa chọn vị trí phù hợp sẽ rất khó khăn [34] Mạch máu nhân tạo ví dụ như mạch Dacron và Teflon có thể giải quyết các hạn chế của mạch tự thân, song dạng mạch này được chứng minh chỉ hiệu quả khi đường kính mạch lớn Với đường kính nhỏ hơn 6mm, một số biến chứng có thể gặp như huyết khối, tăng sản lòng mạch và phình mạch [2] Nguyên nhân thất bại trong trường hợp này chủ yếu do tốc độ dòng máu thấp ở những mạch có đường kính nhỏ, hiện tượng này sẽ dẫn đến tăng các phản ứng bất thường giữa máu và đoạn mạch ghép [30]

Để mạch ghép đảm bảo được các chức năng thông thường, hai thành phần quan trọng cần phải đạt được đó là: 1) một lớp nội mạc bằng phẳng và liên tục để chống lại hiện tượng huyết khối và 2) lớp cơ trên có khả năng co giãn chịu được áp lực dòng máu, giãn nở sinh

lý và thích ứng với sự thay đổi huyết áp tại chỗ thông qua khả năng co và giãn mạch

Công nghệ mô là một ngành mới mang nhiều triển vọng trong việc tạo ra những mạch máu nhân tạo có đường kính nhỏ [16] Có nhiều hướng đã được nghiên cứu nhằm tạo ra loại mạch ghép từ mô sống để thay thế cho mạch máu tự thân như: phương pháp

Hydrogel Dù các phương pháp khác nhau song đều có nguyên lý dựa trên việc tạo ra một cấu trúc chất nền dạng ống có chứa lớp tế bào cơ trơn hoặc nguyên bào sợi sau đó cấy lên trên một lớp tế bào nội mạc mạch máu để tạo ra sự biểu mô hoá Hướng tiếp cận này có nhược điểm là quá trình tạo mạch diễn ra chậm, qua nhiều bước phức tạp và phải trải qua nhiều lần điều chỉnh để đạt được đoạn mạch ghép đáp ứng yêu cầu về mặt sinh

lý Thêm vào đó, hiệu quả của việc cấy và tỷ lệ sống của tế bào nội mạc chịu ảnh hưởng nhiều của kỹ thuật cấy tế bào, đặc tính bề mặt, mật độ tế bào và điều kiện nuôi tế bào, vì vậy các phương pháp này khó có thể thể tạo ra một lớp tế bào nội mạc mạch máu nguyên vẹn Vì những lý do trên, việc tái cấu trúc mạch máu đa lớp dựa trên công nghệ mô vẫn gặp những rào cản lớn đòi hỏi cần có những công nghệ mới

Gần đây đã có nhiều nghiên cứu mới về công nghệ thay thế mạch máu Công nghệ

in 3D tế bào là một đột phá lớn trong y học trong những năm gần đây [3] Một ưu điểm quan trọng của công nghệ này là có thể tái tạo được các cấu trúc tương đương với cơ thể sống bằng cách định vị một cách chính xác các lớp tế bào thông qua lớp mực sinh học (bioink) mô phỏng theo cấu trúc giải phẫu của cơ quan đích Cụ thể với trường hợp mạch máu, các tế bào thành mạch (tế bào cơ trơn và tế bào nội mạc) được nuôi cấy để tạo thành bioink sau đó được in theo từng lớp theo đúng cấu tạo giải phẫu của mạch máu, tiếp đến các lớp tế bào tăng sinh và biệt hoá để hoàn thiện quá trình phát triển hình thái (morphogenesis) Ưu điểm trên của công nghệ in 3D tế bào đã trở thành chủ đề của nhiều công trình nghiên cứu nhằm tạo ra mạch máu nhân tạo đường kính nhỏ Tuy nhiên, kết quả từ các nghiên cứu vẫn chưa đưa ra một phương pháp đáng tin cậy để tạo ra mạch ghép nhân tạo đường kính nhỏ đáp ứng yêu cầu về chức năng sinh lý

Bên cạnh công nghệ mạch tạo ra mạch ghép sinh học như nêu ở trên, dây rốn người có thể là một nguồn cho mạch triển vọng vì có chứa hệ thống động mạch kích thước nhỏ (2,0 - 4,2 mm) với chiều dài 30 - 55 cm [48] Hơn nữa động mạch dây rốn có kích thước, cấu trúc các lớp thành mạch tương đồng với động mạch vành, dễ lấy, không xâm lấn, cùng với đặc tính tái cấu trúc nên về lý thuyết nguồn mạch này rất khả thi để thay thế cho các mạch máu nhỏ

Ngoài các phương pháp phẫu thuật mạch máu thường thông thường, một phương pháp mới với độ chính xác cao đang ngày càng khẳng định được vị trí trong phẫu thuật

mạch máu đó là phương pháp phẫu thuật vi phẫu Cùng với sự ra đời của kính hiển vi phẫu thuật là một bước đột phá về trang thiết bị kỹ thuật, giúp tạo ra sự thay đổi có tính đột phá trong ngành ngoại khoa nói chung và phẫu thuật tạo hình nói riêng Vi phẫu thuật

là những phẫu thuật được thực hiện dưới kính hiển vi trên vi cấu trúc của cơ thể và sử dụng loại kim chỉ đặc biệt [47]

Từ thực trạng trên, chúng tôi tiến hành đề tài nghiên cứu: “Đánh giá khả năng ghép dị loài từ động mạch dây rốn thay thế đoạn động mạch chủ bụng trên thực nghiệm” với 2 mục tiêu:

1 Nhận xét một số đặc điểm sinh miễn dịch của đoạn mạch dây rốn được nuôi cấy trên in vitro và trong mô mỡ trên chuột

2 Đánh giá một số kết quả phẫu thuật ghép đoạn động mạch dây rốn và chuột đồng loài thay thế động mạch chủ dưới thận

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Đặc điểm chung của cuống rốn

1.1.1 Sự hình thành và vai trò của cuống rốn

Sau khi trứng đã thụ tinh thành công và tạo thành hợp tử, hợp tử sẽ phân chia thành hai phần Một phần sẽ phát triển thành thai nhi trong tử cung Một phần sẽ trở thành bánh nhau Khi thai nhi dần trưởng thành, dây rốn là sự liên kết của hai phần này với nhau Khi bào thai đã được 5 tuần tuổi, lúc này dây rốn đang dần được hình thành Một đầu dây rốn kết nối với bụng của thai nhi, một đầu kia sẽ gắn kết với bánh nhau [28]

Trên thực tế, dây rốn còn giúp hình thành bánh nhau và gắn kết với thành tử cung

Nó cho phép các chất dinh dưỡng và oxy vận chuyển từ mẹ sang thai nhi, đồng thời thải các chất thừa và máu thiếu oxy từ thai nhi qua mẹ Vai trò vô cùng quan trọng của dây rốn là đảm bảo máu không bị pha trộn, giúp thai nhi sống sót và tăng trưởng cũng như tạo ra hormone hCG giúp duy trì một thai kỳ khỏe mạnh Khi bé con chào đời, dây rốn

sẽ được bác sĩ cắt đi, phần còn lại sẽ khô và rụng sau vài ngày [28]

1.1.2 Cấu tạo của cuống rốn

Cấu trúc của dây rốn gồm 3 mạch máu: 2 động mạch và 1 tĩnh mạch và được bao bọc bởi một lớp bảo vệ được gọi là Wharton’s Jelly Thông thường, dây rốn có khuynh hướng cuộc lại như lò xo để em bé dễ dàng tự do di chuyển Kiểu cuộn lò xo của dây thường tự hình thành vào tuần thứ 9 thai kì và thường theo hướng ngược chiều kim đồng

hồ [22]

Hình 1.1: Mô tả cấu trúc dây rốn gồm ba mạch máu được bao bọc bởi lớp

Wharton’s Jelly

Bình thường, dây rốn có đường kính khoảng 1-2 cm và có thể dài đến 50 – 60cm bao gồm hai lớp mô cơ, với lớp ngoài cùng trơn láng và lớp trong chứa một lớp dịch nhầy được gọi là Wharton’s jelly chứa các tế bào gốc thành cuống rốn Có 3 mạch máu chính nằm trong cuống rốn: 2 động mạch và 1 tĩnh mạch Tĩnh mạch mang máu giàu oxy

đến thai nhi và động mạch mang máu nghèo oxy ra khỏi thai nhi [17]

Dây rốn kết nối với bụng thai nhi, mạch máu chia thành hai nhánh Một nhánh đổ

về tĩnh mạch gan và nhánh còn lại đổ vào tĩnh mạch chủ ở tim thai nhi Cả hai sẽ hình thành vòng tuần hoàn giữa thai nhi và nhau thai ở người mẹ [8]

Trong một vài trường hợp hiếm, dây rốn có thể phát triển không thích hợp, ví dụ như dây rốn quấn quanh cổ, tay và chân em bé trong quá trình mang thai hay khi lâm bồn Đặc biệt, với thai song sinh, điều này có thể càng nguy hiểm hơn vì hai thai nhi cùng nằm trong một bọc ối [23]

Sau khi em bé sinh ra các mạch máu của dây tự đóng lại Trước tiên, các động mạch đóng lại nhờ cơ ở động mạch dày hơn.Cơ chế này giúp ngăn ngừa mất máu từ em

bé đến nhau thai Tĩnh mạch rốn sẽ đóng muộn hơn một chút khoảng từ 15 giây đến khoảng 3 hoặc 4 phút sau [13] Do đó, khuynh hướng hiện nay đề cập đến việc kẹp cắt dây rốn trễ hơn sẽ giúp em bé nhận thêm được lượng máu và sắt Vì dây rốn không có thần kinh cảm giác chi phối nên khi cắt dây rốn sau khi sinh không gây đau cho em bé Sau khi dây rốn rụng đi, sẽ hình thành lỗ rốn tồn tại trên bụng suốt đời Những bất thường

về dây rốn có thể được phát hiện qua siêu âm Vì thế, bác sĩ có thể kiểm tra chức năng của dây rốn và can thiệp kịp thời

1.1.3 Đặc điểm của dây rốn và mạch máu cuống rốn

1.1.3.1 Đặc điểm của cuống rốn

Dây rốn là cuống kết nối thai nhi đang phát triển với rau thai Dây rốn phát triển

từ túi noãn hoàng vào tuần thứ 5 của sự phát triển thai nhi và là nơi cung cấp chất dinh dưỡng cho thai nhi thay cho túi noãn hoàng [22] Thời kỳ mang thai dây rốn trung bình dài từ 50 – 60 cm và đường kính khoảng 2 cm [17] Dây rốn chứa ba mạch máu, một tĩnh mạch và hai động mạch, cuộn quanh tĩnh mạch theo cấu hình xoắn ốc [8]

Tĩnh mạch rau thai cung cấp cho thai nhi máu giàu oxy và dinh dưỡng Các động mạch đưa máu đã khử oxy dinh dưỡng trở lại rau thai Ba mạch máu được cách ly với một chất gelatin gọi là thạch Wharton, bảo vệ các mạch này và ngăn chặn lực nén cơ học giữa chúng [23] Dây rốn được kết nối với thai nhi ở vùng bụng, sau khi sinh trở thành rốn Khi ở trong bào thai, tĩnh mạch của dây rốn chia thành hai nhánh, một nhánh nối với tĩnh mạch gan, dẫn máu đến gan và nhánh thứ hai đến tĩnh mạch chủ ở tim thai nhi Động mạch dây rốn phân nhánh từ động mạch chậu trong của thai nhi, là động mạch chính ở vùng chậu [13]

Rau thai là cơ quan kết nối thai nhi đang phát triển thông qua dây rốn với thành

tử cung của mẹ thực hiện các chức năng dinh dưỡng, hô hấp và bài tiết Rau thai bắt đầu phát triển trong quá trình phôi nang làm tổ vào nội mạc tử cung của mẹ và phát triển trong suốt thai kỳ Về mặt giải phẫu, rau thai có màu hạt dẻ sẫm và hình tròn phẳng, đường kính trung bình khoảng 20 cm và dày 2,5 cm khi kết thúc thai kỳ

Rau thai được chia thành hai phần, phần của thai nhi và phần của mẹ Phần của thai nhi bao gồm các lông nhung hợp nhất từ màng đệm để tối đa hóa vùng tiếp xúc với

máu mẹ Phần của mẹ chứa không gian xen kẽ, là không gian giữa các nhung mao của thai nhi và các mạch máu của mẹ Các “bức tường” mong manh của nhung mao cho phép máu của thai nhi hấp thụ các chất dinh dưỡng và oxy từ máu của mẹ và loại bỏ các chất thải vào đó mà hai dòng máu không bị lẫn vào nhau [12, 15]

1.1.3.2 Cấu trúc mạch máu cuống rốn

Thông thường dây rốn có một tĩnh mạch và 2 động mạch (Hình 1.2) Một tĩnh

mạch dây rốn thứ hai đã bị tiêu biến ở tháng thứ hai của thời kỳ bào thai Trong một số

ít trường hợp (1%) chỉ có một động mạch dây rốn hoặc 2 động mạch này hợp lưu lại với nhau cũng đã được báo cáo trong một số nghiên cứu Đường kính trung bình động mạch tăng từ 1,2 ± 0,4 mm ở tuần thứ 16 đến 4,2 ± 0,4 mm ở thời điểm sinh Đối với tĩnh mạch, đường kính trung bình đạt 2,0 ± 0,6 mm ở thời điểm 16 tuần và tăng tên 8,2 ± 0,8

mm ở thời điểm sinh [17] Hệ thống mạch máu dây rốn có nhiều điểm khác biệt so với

hệ thống mạch máu còn lại trong cơ thể Lớp tế bào nội mạc của cả động và tĩnh mạch dây rốn cực kỳ giàu các bào quan và do đó tạo ra sự khác biệt về mặt cấu trúc so với lớp nội mạc của các mạch máu khác Mặc dù có sự khác biệt về mặt cấu trúc lớp nội mạc nhưng tế bào nội mạc từ tĩnh mạch dây rốn thường được sử dụng trong nuôi cấy tế bào

Tế bào nội mạch mạch máu dây rốn thường vượt qua màng nên để tạo liên kết với lớp tế bào cơ từ đó hình thành hệ thống nội mạc - cơ mạch máu Động mạch dây rốn không có

hệ thống elastin lớp trong nên có tính đàn hồi kém hơn nhiều so với hệ thống các động

mạch khác Điều này trái ngược với tĩnh mạch dây rốn (Hình 1.3) Lớp cơ trơn thành

động mạch chủ yếu tập trung gần lớp áo ngoài, trong khi càng vào trong lớp cơ trơn ngày càng mỏng đi Lớp cơ trơn thành tĩnh mạch mỏng hơn nhiều so với động mạch

Hình 1.2: Giải phẫu mạch máu cuống rốn

Hình 1.3: Hình ảnh cắt ngang tĩnh mạch (trái) và động mạch dây rốn (giữa, phải) trên tiểu bản nhuộm Von Gieson Chỉ thấy lớp elastin dưới nội mạc ở tĩnh mạch

chính: không sinh huyết khối, giữ vai trò chủ động trong cung cấp dinh dưỡng cho các cấu trúc dưới nội mạc và giữ vai trò hàng rào đối với các đại phân tử và các hạt lưu hành trong máu

Lớp tế bào cơ trơn điều hòa quá trình co và giãn mạch Sự co của các tế bào cơ trơn thành mạch có thể được kích hoạt bởi yếu tố cơ học (sự tăng áp lòng mạch) hoặc thuốc

Lớp ngoại mạc: có chứa các tận cùng thần kinh, tổ chức mỡ cạnh mạch và các thành phần liên kết (nguyên bào sợi và collagene) để mạch máu được cố định vào tổ chức xung quanh

Hình 1.4: Các thành phần tế bào thành mạch 1.2.2 Chất nền ngoại bào của thành mạch

Thành phần chính của thành mạch là chất nên ngoại bào (ECM) Ở thành mạch, ECM chiếm hơn một nửa khối lượng thành mạch, chủ yếu là collagens và elastin Một

số thành phần khác bao gồm: fibronectin, microbifrils, proteoglycan và glycoprotein Thành mạch bình thường chứa nhiều loại chất nền với chức năng khác nhau có thể kể đến chất nền của lớp màng nền dưới nội mạc, chất nền lớp áo giữa, chất nền lớp áo ngoài chất nền kẽ

Đặc tính cơ học của thành mạch được cấu thành nhờ các thành phần của ECM, chủ yếu là collagen và elastin tạo ra bởi tế bào cơ trơn nằm trong lớp áo giữa Elastin trong lớp áo giữa được cấu trúc mạng lưới 3 chiều có khả năng truyền tải áp lực đều khắp thành mạch Giữa các lớp elastin là các bó collagene sắp xếp hỗn loạn khi áp lực lòng mạch thấp nhưng lại xếp vòng theo chu vi khi áp lực tăng dần [18] Khi áp lực tăng dần,

sự thay đổi bán kính thành mạch ngày càng ít đi do các sợi collagen tham gia vào quá trình bảo vệ thành mạnh khỏi việc giãn quá mức

Bên cạnh việc hình thành nên cấu trúc và đặc tính cơ học cần có của một mạch máu, ECM thành mạch còn cung cấp tín hiệu chỉ dẫn trong việc cảm ứng, định hình và

ổn định kiểu hình tế bào thành mạch Những phân tử trong ECM giữ vai trò quan trọng trong điều hoà trình diện gen bằng cách tương tác với những thụ thể chất nền đặc hiệu trên tế bào, cũng như gắn và dự trữ yếu tố tăng trưởng ảnh hưởng đến chức năng tế bào

Áo trong thành mạch bao gồm lớp tế bào nội mạc và vùng dưới nội mạc ở mặt trong của lớp elastin trung tâm Mặt trong của thành mạch được phủ bởi một lớp tế bào nội mạc gắn với màng nền Lớp màng nền này được hỗ trợ bởi lớp elastin trung tâm Do

tế bào nội mạc có khả năng sản xuất elastin nên lớp nội mạc có thể tham gia vào việc hình thành lớp elastin trung tâm theo những tín hiệu từ các tế bào lớp áo giữa Lớp chất nền dưới nội mạc ở mạch máu người có chứa các tế bào cơ trơn Lớp áo trong có vai trò quan trọng trong sự hình thành mảng vữa xơ và và sự tái hẹp, trong khi đó lại không đóng góp nhiều vào đặc tính cơ học của mạch máu [45]

 Áo giữa:

Các tế bào cơ trơn và phần lớn elastin cấu thành nên lớp áo giữa Elastin được sắp xếp theo từng phiến có lỗ thủng mà giữa chúng là các sợi collagen, các lớp mỏng proteoglycan và tế bào cơ trơn Các sợi elastin mỏng kết nối các phiến elastin với nhau

để tạo thành mạng lưới 3 chiều liên tục (Hình 1.5) và kết nối các phiến này với tế bào

cơ trơn thành mạch

Hình 1.5: Lớp áo giữa thành mạch Các phiến elastin thành động mạch được xếp thành hệ thống lưới 3 chiều nhờ sự liên kết giữa các phiến, nhờ có các liên kết này mà áp lực lên thành mạch được phân tán đều khắp thành mạch qua

hệ thống các phiến elastin 1.3 Các bệnh lý mạch máu cần cấy ghép mạch máu

Trong các bệnh lý mạch máu cụ thể là bệnh lý động mạch, khi tổ chức phía ngoại

vi bên dưới tổn thương không được cung cấp đủ máu oxy hóa thì lúc này có chỉ định ghép mạch để thay thế đoạn mạch tổn thương

1.3.2 Bệnh lý xơ vữa mạch máu

Đây là bệnh lý mạch máu mắc phải phổ biến nhất, và là nguyên nhân của khoảng một nửa số trường hợp tử vong do bệnh lý tim mạch [53] Bệnh sinh do sự lắng đọng cholesterol, cụ thể là lipoprotein trọng lượng phân tử thấp, trong thành mạch kết hợp với

sự tương tác phức tạp giữa tế bào monocyte và sự viêm thành mạch Tất cả các mạch máu có thể bị vữa xơ nhưng nguy cơ sẽ lớn hơn với những vị trí có sự rối loạn dòng như chỗ động mạch phân chia Những mạch máu đường kính lớn thường hiếm khi bị tắc do mảng vữa xơ do kích thước lòng mạch tương đối to so với mảng vữa xơ, vấn đề mà mảng vữa xơ gây ra cho các loại mạch này là sự hình thành các mảng huyết khối và phình mạch do bản thân thành mạch đã bị yếu do sự lắng đọng

1.3.3 Bệnh động mạch ngoại vi

Bệnh động mạch ngoại vi là tình trạng bệnh lý động mạch lan tỏa, xảy ra ở cả các mạch có kích thước trung bình lẫn nhỏ ngoại trừ động mạch vành và động mạch nội sọ, thường được dùng để chỉ tình trạng bệnh lý các mạch máu ngoại vị của mạch chậu [53] Ước tính có khoảng 200 triệu người mắc bệnh động mạch ngoại vi trên toàn cầu, nhưng thực tế con số này còn có thể lớn hơn rất nhiều [24] Đoạn động mạch từ động mạch đùi đến động mạch kheo là vị trí có tỷ lệ can thiệp nhiều nhất trong bệnh động mạch ngoại

vi với việc sử dụng đoạn mạch bắc cầu chủ yếu vẫn là tĩnh mạch hiển Có khoảng 7-40% các trường hợp cần phẫu thuật thì tĩnh mạch hiển không thể sử dụng và cần thay thế bằng mạch nhân tạo với tỷ lệ thông sau 5 năm chỉ đạt khoảng 40% [40]

1.3.4 Bệnh động mạch vành

Tình trạng thiếu máu cơ tim do vữa xơ động mạch vành có thể tồn tại không triệu chứng trong nhiều năm Sự mất cân bằng giữa cấp máu và nhu cầu biểu hiện bằng đau thắt ngực ổn định khi gắng sức Trong trường hợp vỡ mảng vữa xơ sẽ gây ra hội chứng vành cấp biểu hiện bằng đau thắt ngực không ổn định hoặc nhồi máu cơ tim Điều trị vữa xơ mạch vành bao gồm việc kiểm soát các yếu tố nguy cơ, sử dụng thuốc và can thiệp tái tưới máu Can thiệp tái tưới máu có thể bằng biện pháp nong bóng, đặt Stent và phẫu thuật bắc cầu nối qua vị trí hẹp Còn nhiều tranh cãi trong việc sử dụng biện pháp can thiệp nào là tối ưu nhất, nhưng các khuyến cáo hiện nay bao gồm hẹp 3 nhánh động

mạch vành, hẹp 2 nhánh với hẹp phần trung tâm nhánh trái xuống, bệnh nhân sống sau ngừng tim đột ngột được cho là nghi ngờ liên quan đến thiếu máu cơ tim [54] Các nguồn mạch có thể sử dụng cho tái tưới máu cơ tim bằng phẫu thuật bắc cầu nối có thể là: tĩnh mạch hiển được sử dụng nhiều nhất cho tái tưới máu thành bên và thành sau, động mạch

vú trong được sử dụng cho nhánh (LAD) Trong những trường hợp không có nguồn mạch tự thân nêu trên vì một số lý do thì một số tác giả đã nghĩ đến việc sử dụng mạch nhân tạo nhưng kết quả không như mong đợi với tỷ lệ thông sau 4 năm chỉ đạt 14%, nên phương án sử dụng mạch nhân tạo cho tái tưới máu tim gần như bị loại bỏ

1.4 Các nghiên cứu thay thế mạch máu

1.4.1 Đại cương về bệnh lý mạch máu

Bệnh tim mạch (Cardiovascular disease-CVDs) là thuật ngữ sử dụng để chỉ một nhóm các bệnh liên quan đến tim hoặc mạch máu, như các bệnh liên quan đến dị tật bẩm sinh, rối loạn chức năng hay cấu trúc dẫn đến sự đình trệ hoặc phá hủy hoạt động bình thường của tim Bệnh tim mạch được cho là nguyên nhân chủ yếu dẫn tới các ca tử vong trên toàn cầu, đặc biệt là ở các nước đang phát triển

Tại Việt Nam, theo thống kê của Bộ Y tế, số người mắc các bệnh về tim mạch khoảng 200.000 ca, chiếm 33% ca tử vong toàn quốc Trong số các bệnh về tim mạch, các nhóm bệnh liên quan đến xơ vữa động mạch (Ví dụ: Tắc động mạch ngoại biên) chiếm tỉ lệ lớn về mức độ gây tử vong [1]

Tắc động mạch ngoại biên là một bệnh lý tương đối phổ biến ở người lớn tuổi 10-20% người trên 70 tuổi bị tắc động mạch ngoại biên với nhiều mức độ khác nhau Những người nghiện thuốc lá và tiểu đường cũng có một tỉ lệ khá cao bị tắc động mạch ngoại biên Phần lớn động mạch bị tắc là động mạch chi dưới Động mạch đùi thường bị nhất, kế đến là động mạch kheo, động mạch chày sau và động mạch chày trước Nguyên nhân phổ biến nhất gây ra tình trạng tắc động mạch ngoại biên là do xơ vữa động mạch Ngoài ra, còn có các yếu tố thuận lợi gây ra bệnh tắc động mạch ngoại biên bao gồm: cao huyết áp, xơ vữa động mạch, thuốc lá, tiểu đường, béo phì, tăng cholesterol huyết tương, tăng homocystein huyết tương

+ Tắc động mạch cấp tính thường do ba nguyên nhân sau: huyết khối, thuyên tắc,

và phình động mạch bóc tách Trong thuyên tắc động mạch, cục máu đông hình thành từ nơi khác trôi đến và làm tắc lòng mạch Huyết khối động mạch hình thành tại chỗ, trên một thành mạch vốn đã có bất thường, thường là xơ vữa động mạch

+ Tắc động mạch mãn tính thường do xơ vữa động mạch và bệnh Burger

Thuyên tắc động mạch:

Trong các nguyên nhân gây thuyên tắc động mạch, bệnh lý tim chiếm phần lớn các trường hợp Hai phần ba các bệnh lý tim gây thuyên tắc động mạch là rung nhĩ, còn lại là nhồi máu cơ tim

Nguyên nhân ngoài tim chiếm 5-10% các trường hợp thuyên tắc động mạch Chúng bao gồm: phình động mạch, mảng xơ vữa chưa ổn định, dị vật (thí dụ mảnh hoả khí), u bướu (thí dụ melanoma)

Trong 5-10 % các trường hợp, nguyên nhân của thuyên tắc động mạch không được xác định Một phần trong số này có thể có liên quan đến trạng thái tăng đông

Huyết khối động mạch:

Huyết khối động mạch có nguồn gốc tại chỗ (nguyên thuỷ) là giai đoạn cuối của quá trình xơ vữa động mạch Quá trình xơ vữa động mạch bắt đầu bằng việc lắng đọng lipid trên lớp nội mạc, kèm theo đó là sự lắng đọng canxi, hình thành “nhân xơ vữa” Nhân xơ vữa hấp dẫn các tiểu cầu, dẫn đến sự kết dính tiểu cầu, làm cho dòng chảy của máu khi đi qua vùng này bị rối loạn Sự rối loạn dòng chảy (dòng chảy bị phân tách, dòng chảy bị ứ trệ, dòng chảy hỗn độn) gây ra lực giằng xé, làm tổn thương lớp nội mạc Lớp nội mạc bị tổn thương kích thích quá trình tăng sản tế bào nội mạc, làm hẹp thêm dòng chảy, đồng thời là tiền đề cho sự hình thành cục máu đông, gây nên huyết khối động mạch Các hiện tượng trên giải thích vì sao cục máu đông thường hình thành ở nơi

mà khẩu kính động mạch không bị hẹp quá 50%

Bệnh Burger:

Bệnh Burger là bệnh tắc nghẽn động mạch xảy ra ở động mạch trung bình và động mạch nhỏ Bệnh thường xảy ra ở nam giới có độ tuổi 20-40 và hút thuốc lá nhiều Cơ chế của bệnh chưa được biết rõ, nhưng bệnh có liên quan trực tiếp đến hút thuốc lá

Về mặt sinh lý bệnh, bệnh tổn thương trải qua ba giai đoạn Trong giai đoạn viêm cấp tính, lòng mạch bị hẹp ở nhiều đoạn kết hợp với các vi huyết khối mà thành phần chủ yếu là các tế bào viêm Bản thân thành mạch ở đoạn tổn thương có sự hiện diện của bạch cầu đa nhân và các tế bào viêm khác, có thể hình thành các vi áp-xe trong thành mạch Tổn thương có thể lan sang tĩnh mạch và thần kinh nằm lân cận Trong giai đoạn bán cấp, các huyết khối trong lòng mạch được tổ chức hoá Trong giai đoạn cuối, các huyết khối giữ nguyên hình thái và thành mạch bị xơ hoá Trong cả ba giai đoạn, các lớp cấu trúc giải phẫu bình thường của thành mạch, trong đó có lớp đàn hồi (elastic lamina) vẫn còn nguyên vẹn, một đặc điểm để phân biệt bệnh Burger với các bệnh lý tắc nghẽn động mạch khác

1.4.2 Phẫu thuật thay thế mạch máu

Phẫu thuật thay thế đoạn động mạch chủ bụng dưới thận, động mạch chậu [1]

Phẫu thuật thay thế đoạn động mạch chủ bụng dưới thận, động mạch chậu là phẫu thuật mạch máu áp dụng cho các bệnh lý phồng động mạch chủ và tắc động mạch chủ (hội chứng Leriche) Kỹ thuật yêu cầu sử dụng mạch nhân tạo làm vật liệu thay thế mạch bệnh - Đa phần tổn thương động mạch chủ bụng khu trú ở đoạn dưới động mạch thận nên bài viết này chỉ mô tả kỹ thuật thay đoạn động mạch chủ bụng dưới thận qua đường

mở bụng (laparotomy)

Phẫu thuật được chỉ định cho các bệnh nhân bị phồng động mạch chủ bụng đường kính trên 2,5 lần đường kính cổ trên hoặc trên 5cm Phồng đọng mạch chủ bụng có biến chứng: Nhiễm trùng, vỡ, dọa vỡ, tắc mạch chủ Thiếu máu chi từ giai đoạn II nặng trở lên trong hội chứng Leriche Chống chỉ định cho các trường hợp sau: thể trạng người bệnh không cho phép (quá già yếu, nhiều bệnh nội khoa phối hợp nặng) Có kèm bệnh

lý ung thư đường tiêu hóa (chống chỉ định tương đối)

Chuẩn bị:

+ Kíp phẫu thuật: Phẫu thuật viên chuyên khoa tim mạch, hai kỹ thuật viên phụ

mổ, một bộ dụng cụ chuyên dụng và một điều dưỡng phụ giúp các công việc khác Bộ dụng cụ chuyên dụng gồm có: kẹp mạch máu cỡ lớn (để kẹp ĐM chủ), kẹp mạch máu các cỡ, sonde Forgaty để lấy huyết khối trong trường hợp tắc mạch phía dưới, thìa nạo (Curette) hoặc Spatule để lấy bỏ nội mạc bệnh lý Chỉ phẫu thuật cần có chỉ mạch máu (prolene hoặc ethylene 4.0; 5.0; 6.0) Chỉ để khâu ĐM đốt sống (vicryl hoặc Safil 3.0) Các loại chỉ khác cho phẫu thuật ổ bụng Vật liệu mạch nhân tạo có thể dùng Dacron, Gore-tex hoặc mạch Dacron có tráng bạc (Silvergraft)

+ Kíp gây mê: Bác sĩ gây mê và một người phụ mổ

Các bước tiến hành:

Bước 1: Mở bụng đường trắng giữa trên và dưới rốn

Bước 2: Đánh giá các tạng trong ổ bụng (u, loét, túi thừa)

Bước 3: Vén ruột ra khỏi phẫu trường, trong trường hợp đưa ruột ra ngoài ổ bụng cần giữ ấm và chống căng, xoắn cho cuống mạch mạc treo tràng trên

Bước 4: Bộc lộ động mạch chủ bụng: Mở phúc mạc lá thành vị trí dây chằng tá hỗng tràng, lật góc treitz và D4 tá tràng sang phải để bộc lộ động mạch chủ bụng sát động mạch thận Bộc lộ vị trí thay mạch phía dưới phụ thuộc vào hình thái khối phồng hoặc chiều dài mạch bị tắc Có thể bộc lộ động mạch chủ bụng đoạn ngã ba chủ chậu, động mạch chậu gốc, động mạch chậu ngoài hoặc Động mạch đùi chung hai bên (Cần lưu ý tách riêng niệu quản khi bộc lộ ĐM chậu)

Bước 5: Heparin toàn thân liều 50UI/kg

Bước 6: Kẹp mạch máu trên và dưới tổn thương

Bước 7: Thay đoạn mạch máu:

+ Trong trường hợp phồng mạch: Mở dọc động mạch chủ bụng đoạn khối phồng, khâu cầm máu các động mạch đốt sống Thay đoạn động mạch nhân tạo đoạn tổn thương bằng mạch nhân tạo đoạn thẳng hoặc chữ Y tùy trường hợp, miệng nối đầu trên tiến hành trước với chỉ mạch máu 4.0; Miệng nối dưới dùng chỉ 4.0 (cho mạch chủ) hoặc 5.0 (cho mạch chậu, đùi) Cần lưu ý thả kẹp mạch để lấy bỏ các mảng xơ vữa tại miệng nối, đuổi

khí phù hợp Trong trường hợp nghi ngờ thiếu máu đại tràng trái cần phục hồi lưu thông cho động mạch mạc treo tràng dưới Sau khi thay đoạn mạch nhân tạo, khâu lại áo của khối phồng mạch che mạch nhân tạo

+ Trong hội chứng Lerich: Không mở động mạch mà kẹp và khâu thắt đoạn mạch

bị tắc Kỹ thuật thay đoạn mạch được tiến hành như trong phồng mạch

Bước 8: Đặt dẫn lưu trong trường hợp cần thiết ( tránh để bị phồng dẫn đến nhiễm trùng, vỡ )

Bước 9: Khâu lại phúc mạc lá thành

Bước 10: Thực hiện các bước lau rửa, xếp ruột

Bước 11: Tiến hành khâu đóng các vết mổ và kết thúc phẫu thuật

1.4.3 Vật liệu thay thế mạch máu

1.4.3.1 Mạch máu tự nhiên

Kể từ khi phương pháp phẫu thuật mạch máu ra đời, mạch máu nhân tạo chưa được phát minh ra và sử dụng một cách phổ biến Để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng trong việc thay thế và cấy ghép mạch máu, mạch máu tự nhiên được coi là một nguồn cung cấp chính cho nhu cầu thay thế những mạch máu của bệnh nhân không may mắc phải các bệnh lý về mạch máu Dẫn đầu trong lĩnh vực cấy ghép này là các nước phát triển như: Mỹ, Trung Quốc, Nhật Bản, Pháp, Đức,…

Những thành công ban đầu của phương pháp cấy ghép có sử dụng mạch máu tự nhiên là tiền đề quan trọng của lĩnh vực cấy ghép nội tạng ngày nay Ngày nay, ngày càng có nhiều phương pháp ghép tạng sử dụng phương pháp này, có thể kể đến như: Ghép tim, ghép gan, ghép thận,…

1.4.3.2 Mạch máu nhân tạo

Công nghệ in 3D sinh học trong chế tạo mạch ghép

Công nghệ in 3D (3D Printing) là một trong những công nghệ đang được quan tâm phát triển hàng đầu và có tiềm năng ứng dụng ngày càng to lớn trong rất nhiều lĩnh vực trong đó có lĩnh vực chăm sóc sức khỏe mà đặc biệt là trong lĩnh vực y học tái tạo

đến sự hình thành một ngành khoa học mới – ngành khoa học “tái tạo mô” (Tissue Engineering) Sự phát triển của công nghệ in 3D sinh học được thúc đẩy nhờ sự thiếu hụt các mô, tạng ghép ở quy mô toàn cầu Công nghệ tái tạo mô có thể đáp ứng nhu cầu với một số loại mô như da, sụn, xương và mạch máu Có rất nhiều phương pháp và kỹ thuật đã được đề xuất trong y văn để chế tạo mạch máu nhờ công nghệ in 3D bao gồm quy trình sử dụng tế bào và không sử dụng tế bào [29]

Chế tạo mạch không sử dụng tế bào cho phép in mạch ở nhiệt độ cao và các chất hòa tan hữu cơ Mặt khác, không như việc chế tạo sử dụng tế bào, một thách thức trong

kỹ thuật là việc kiểm sát về mặt không gian khi phủ tế bào lên cấu trúc đã được chế tạo, việc mà có thể thực hiện dễ dàng trong kỹ thuật chế tạo sử dụng tế bào Trong in 3D sử dụng tế bào, các tế bào được hòa trộn vào trong mực in với mật độ cao một cách có kiểm soát, theo từng lớp và từng loại tế bào [21]

Năm 2004, Kesari và cộng sự đã chế tạo một cấu trúc tế bào dạng ống trong đó tế bào nằm trong lớp hydrogel và liên kết chéo với nhau [33] Trong nghiên cứu này tác giả

đã tạo ra phức hợp mực sinh học alginate dựa trên CaCl2 có chứa tế bào và sử dụng máy

in sinh học Hewlett Packard (HP697c) Năm 2009, phương pháp này được cải tiến bởi Nakamura [29] Cũng trong năm 2009, Norotte và cộng sự cũng đã giới thiệu một kỹ thuật in mới với ưu điểm nhanh, có thể hiệu chỉnh, không sử dụng khung [31] Kỹ thuật này dựa trên việc tạo ra các khối cầu hoặc khối trụ đa bào có thể kiểm soát được đường kính, khối tế bào này gồm có thể là nguyên bào sợi, tế bào cơ trơn Sau đó các tế bào được in theo từng lớp một cách đồng thời với những trụ thạch với vai trò như khuôn đúc

Sự liên kết giữa những khối tế bào sau khi in sẽ tạo ra các đoạn ống mạch máu đường kính nhỏ với một hoặc hai lớp tế bào Kỹ thuật này đã được sử dụng thành công để chế tạo mạch máu nhiều lớp với hình dạnh khác nhau Một kỹ thuật khác đã được đề xuất bởi Skardal và cộng sự vào năm 2010 Trong kỹ thuật này, cấu trúc tế bào dạng ống được

in trực tiếp từ hydrogel sản xuất từ hyaluronan liên kết chéo với polyethylene glycol Cấu trúc tế bào này thể hiện khả năng sống cao trong môi trường nuôi cấy trong một tháng [49] Bằng cách sử dụng máy in 3D sinh học, Itolh đã chế tạo được đoạn mạch dạng ống không sử dụng khung với đường kính trong chỉ 1,5mm Đoạn mạch đã được thử nghiệm bằng cách ghép vào động mạch chủ bụng chuột ức chế miễn dịch F344, sau

đó đánh giá về sự lưu thông và biến đổi về mặt mô bệnh học vào ngày thứ 2 và ngày thứ

5 sau khi ghép Kết quả cho thấy đoạn mạch lưu thống và có sự tái cấu trúc của thành mạch [31]

1.4.3.3 Mạch máu cuống rốn

Ngày nay, máu dây rốn đã được dùng để điều trị nhiều bệnh lý về máu, những bệnh lý rối loạn miễn dịch di truyền và đem lại nhiều hứa hẹn cho lĩnh vực y học tái tạo đang được nghiên cứu và ứng dụng Việc sử dụng tế bào máu dây rốn để tạo ra mạch máu dây rốn nhằm thay thế các mạch máu tự nhiên và mạch máu nhân tạo khác trong việc ghép điều trị các bệnh lý có ưu điểm là:

- Máu dây rốn là nguồn cung cấp tế bào gốc sẵn có dồi dào ( do số lượng sản phụ sinh con đông ), có thể thu thập dễ dàng mà không gây ảnh hưởng đến sức khỏe sản phụ

và bé sơ sinh và có thể dùng ghép lại cho chính bà mẹ và đứa bé nếu sau này mắc bệnh

- Tế bào gốc máu dây rốn có tính sinh miễn dịch thấp nên dễ được cơ thể khác gen chấp nhận khi ghép khác gen

- Các đơn vị tế bào gốc máu dây rốn được bảo quản đông lạnh lâu dài trong Ngân hàng máu cuống rốn, luôn sẵn sàng có thể sử dụng được khi có yêu cầu, đặc biệt trong những trường hợp bệnh nhân trong tình trạng bệnh không ổn định, không thể chờ đợi để tìm người cho tế bào gốc tủy xương hoặc ngoại vi có HLA phù hợp

- So với tế bào gốc tủy xương được thu thập tươi có thời gian sống giới hạn, cần phải có sự phối hợp làm việc đồng bộ giữa các bộ phận thu thập, khâu vận chuyển sản phẩm ghép và ê kíp ghép tủy, máu dây rốn bảo quản đông lạnh có thể dễ dàng vận chuyển

và giải đông để sử dụng

- Việc thu thập và lưu giữ tế bào gốc máu dây rốn không vi phạm đạo đức

1.5 Các nghiên cứu về thay thế mạch máu trong nước và trên Thế giới

Trên thế giới đã có rất nhiều nghiên cứu về cách mạch máu có đường kính nhỏ,

tiêu biểu như nghiên cứu của Dongfang Wang và Cộng sự (2020) [51] Trong nghiên

cứu này, tác giả có đề cập bệnh động mạch là nguyên nhân chính gây bệnh tật trên toàn thế giới, đặc biệt là khi có liên quan đến các mạch máu với đường kính nhỏ hơn 6

mm Hàng năm, chi phí chăm sóc sức khỏe cho bệnh nhân mắc bệnh tim mạch vượt quá

sàng để tạo đường vòng quanh chỗ tắc Tuy nhiên, thủ thuật có thể gây thêm tổn thương cho bệnh nhân [11] Ngoài ra, mảnh ghép tự thân phù hợp thường không có sẵn do thu hoạch trước hoặc sức khỏe của bệnh nhân Do đó, việc phát triển các mạch máu nhân tạo

có đường kính nhỏ (SDBV) là đặc biệt quan trọng [4] Các mảnh ghép mạch máu có đường kính nhỏ được thiết kế bằng công nghệ mô với các đặc tính cơ học và sinh học phù hợp có thể so sánh với các mạch máu tự nhiên cung cấp một giải pháp tuyệt vời cho vấn đề này, nhưng việc thiết kế và sản xuất chúng vẫn còn là một thách thức [30] Trong những thập kỷ gần đây, ngày càng có nhiều nhà nghiên cứu và công ty nghiên cứu và phát triển các vật liệu và phương pháp khác nhau nhằm nỗ lực chế tạo mạch máu nhân

tạo có đường kính nhỏ trong in vitro [7, 14, 25, 26, 35, 37]

Đối với mạch máu nhân tạo có đường kính nhỏ được thiết kế trong in vitro, những

nỗ lực đáng kể đã được thực hiện để giải quyết năm khía cạnh quan trọng bao gồm vật liệu, chế tạo, biến đổi bề mặt, tính chất cơ học và chức năng hoạt tính sinh học [14] Dựa trên các polyme tự nhiên, tổng hợp và lai bao gồm các vật liệu có thể phân hủy và không thể phân hủy, các phương pháp xử lý và vật liệu tổng hợp khác nhau đã được sử dụng để tạo ra các mảnh ghép của mạch máu nhân tạo có đường kính nhỏ Ví dụ về các phương pháp xử lý bao gồm đùn và giãn nở, quay điện, tách pha do nhiệt, bện, in 3D, ống hydrogel, tạo bọt khí và sự kết hợp của các phương pháp này Các kỹ thuật xử lý và sửa đổi bề mặt sao cho phù hợp là yếu tố quyết định chính trong việc tạo ra một cấu trúc vi

mô và bề mặt chức năng lý tưởng có thể thúc đẩy quá trình nội mô hóa nhanh chóng [25] Ngoài ra, các đặc tính cơ học bao gồm các mô đun, độ đàn hồi phi tuyến tính, độ giãn nở, áp suất nổ và độ bền duy trì chỉ khâu phải phù hợp với mô chủ vì sự không khớp

về mặt cơ học giữa phương pháp cấy ghép của mạch máu nhân tạo đường kính nhỏ và

mô chủ sẽ dẫn đến thất bại trong quá trình cấy ghép

Nghiên cứu về in 3D Sinh học các mô mạch máu dùng cho các ứng dụng in

vitro và in vivo

Trong nghiên cứu được thực hiện bởi nhóm tác giả Earnest P Chen, Zeney Toksoy, Bruce A Davis, John P Geibel đã đưa ra vấn đề với nguồn cung hạn chế về người hiến tạng và các cơ quan có sẵn để cấy ghép, vì vậy mục đích của kỹ thuật mô với công nghệ in sinh học ba chiều (3D) là xây dựng các mô và cơ quan thay thế đầy đủ chức năng và khả thi cho các ứng dụng lâm sàng khác nhau [9] Công nghệ in sinh học 3D cho phép tùy chỉnh cấu trúc mô phức tạp với nhiều sự kết hợp vật liệu và phương pháp

in để tạo ra các loại mô khác nhau và cuối cùng là các cơ quan thay thế đầy đủ chức năng Thách thức chính của việc duy trì khả năng tồn tại của mô in 3D là bao gồm các mạng lưới mạch máu phức tạp để vận chuyển chất dinh dưỡng và xử lý chất thải Sự phát triển và khám phá nhanh chóng trong những năm gần đây đã đạt được những bước tiến lớn trong việc hoàn thiện việc kết hợp mạng lưới mạch máu trong mô và cơ quan in 3D

Hình 1.6: Quy trình và kỹ thuật in sinh học [9]

(A) Quy trình in sinh học điển hình bắt đầu bằng việc chọn đúng loại tế bào, sau

đó nuôi cấy tế bào và chuẩn bị mực sinh học, in giàn giáo chứa đầy tế bào mong muốn

và cuối cùng được sử dụng để cấy ghép, thử nghiệm thuốc hoặc nghiên cứu trong ống nghiệm (B) Máy in sinh học in phun tạo ra các giọt hydrogel nhỏ và các tế bào theo cách tuần tự để tạo nên các mô (C) Máy in sinh học hỗ trợ bằng laze tập trung nguồn sáng vào lớp cho (trên cùng) để đẩy các tế bào vào bản in (mũi tên chỉ hướng của nguồn

tục (E) Công nghệ in sinh học lập thể sử dụng các nguồn ánh sáng kỹ thuật số để liên

kết chéo có chọn lọc từng lớp mực sinh học (mũi tên chỉ hướng ánh sáng chiếu)

Ở phần tiếp theo của nghiên cứu, nhóm tác giả đã tiến hành đánh giá chất lượng của mạch máu sau khi in và tập trung vào những tiến bộ, thành tựu mới nhất và hướng

đi mới trong lĩnh vực này Đánh giá sẽ dựa trên in vitro và in vivo của công nghệ này

bao gồm các thử nghiệm kiểm tra một số tiến bộ trong các lĩnh vực in sinh học được nghiên cứu nhiều nhất trên các cơ quan như: xương, cơ, tim, gan và da và thảo luận về các nỗ lực cấy ghép các mô đã được thiết kế này trong cơ thể sống, và sau đó, sẽ tiến hành kiểm tra các ứng dụng của in sinh học trong phát triển cơ quan đang được áp dụng

để phát triển thuốc Từ đó, đưa ra các hạn chế của từng kỹ thuật đã được sử dụng và đề xuất một số khuyến nghị cho sự phát triển của vật liệu sinh học in 3D trong tương lai

Một số hình ảnh đánh giá trên in vivo:

Mật độ tế bào, độ bền của xương và cấu trúc mạng lưới mạch máu được bắt nguồn

từ sự sắp xếp một cách có trật tự của các tế bào xương [31] Nghiên cứu này đã khám phá sự cải tiến của khung in 3D sinh học giúp hỗ trợ sự hình thành mạch nhân tạo có thể kiểm soát trong các cấu trúc xương trong khi vẫn duy trì tính toàn vẹn của cấu trúc Nhóm nghiên cứu đã sử dụng công nghệ in sinh học 3D dựa trên (3DP) để xây dựng một bộ khung giống như hai cấu trúc xương chứa hai quần thể tế bào tạo xương và tạo mạch

riêng biệt và được bao bọc bên ngoài bởi liên kết sinh học fibrin (Hình 1.7A) Các

HUVEC với hydrogel chứa đầy tế bào gốc trung mô người (hMSC) được in theo các mẫu giống như osten trong in vitro đã tạo ra một biểu hiện đáng kể của các dấu hiệu tạo mạch

và tăng mật độ mạch máu trên mỗi thể tích mô (Hình 1.7C) Với những kết quả này, đã

chứng minh rằng thiết kế khung 3D phù hợp và vị trí tế bào trong quá trình in sinh học 3D là điều cần thiết cho quá trình tạo mạch mới [42]

Hình 1.7: Quy trình tạo giàn giáo in sinh học 3D (3DP)

(A) Sơ đồ giàn giáo 3DP Hydrogel fibrin giống Osteon được in cùng với PCL

để hỗ trợ (B) Hình ảnh mẫu sau 14 ngày cấy in vivo (C) Ảnh vi mô của các mẫu được nhúng, cắt và nhuộm màu bằng Masson Trichrom vào ngày thứ 14 sau khi cấy ghép Collagen được nhuộm màu xanh lam, nhân tế bào được nhuộm màu tím đậm và fibrin được nhuộm màu hồng Mũi tên đen chỉ mạch máu

Cho đến nay, công nghệ in sinh học 3D chỉ có thể in các cấu trúc tương đối đơn giản của mô có mạch máu với độ không đồng nhất thấp [20] Trong một nghiên cứu chứng minh khái niệm, các tế bào tiền thân thần kinh được in trực tiếp và khối cầu đa bào ung thư vú được gói gọn trong các mực in sinh học hydrogel được thiết kế bằng

protein giống như elastin trên các nền tảng trên chip được nội mô hóa (Hình 1.8) Các

tế bào vẫn tồn tại sau 14 ngày với các kênh giống như mạch máu bền bỉ cho thấy sự phát triển thành công của mô chức năng trên chip [20] Đây là những bước đầu tiên hướng tới việc thiết lập các mô hình mô không đồng nhất đầy đủ chức năng với nền tảng mạch máu

trên chip cho các ứng dụng và thử nghiệm y sinh trong in vitro

Hình 1.8: Các thiết kế chip được sử dụng để chế tạo sinh học các khung mô in với

các kênh giống như mạch máu trên chip

(A) kênh tạo sẵn và (B) kênh tạo gel hy sinh đã được đánh giá Chuỗi sự kiện (1– 5) chỉ ra các bước làm việc cần thiết để chế tạo cả hai loại mô hình Các kênh tạo gel

hy sinh có thể được sử dụng để kết hợp các tế bào nội mô sẽ tạo thành các lớp đơn trên

bề mặt kênh sau khi loại bỏ gel hy sinh Ảnh bên trong (A) cho thấy sự hình thành kênh

ở bước 5 Ảnh bên trong (B) cho thấy sự hiện diện của các tế bào nội mô bên trong gel

việc phát triển (các) mô trong in vitro với các cấu trúc mạch hình ống nhúng để thử