.
1.3.4. Phương pháp kết xương phối hợp với ghép xương
Dựa trên cơ sở nhận định rằng KG xương dài do nhiều nguyên nhân cơ học và sinh học phối hợp, các tác giả chủ trương phối hợp nhiều phương pháp cùng lúc trong điều trị KG xương dài. là kết hợp xương vững chắc
phối hợp với ghép xương , thường dùng
xương xốp tự thân vừa trám đầy vào khe gãy kiểu Matti vừa đặt các mảnh xương bắc cầu xung quanh ổ khớp giả kiểu Phemister..., tỷ lệ liền xương 95- 100% với thời gian trung bình 3-4 tháng; tuy nhiên nhược điểm là không thể áp dụng với những bệnh nhân KG nhiễm khuẩn, mất đoạn xương lớn hoặc có phần mềm xấu [8],[68],[76], [104]. Điều trị KG xương dài vẫn là một vấn đề còn nhiều thách thức, đặc biệt trong những trường hợp có phần mềm xấu, tiền sử nhiễm khuẩn, đã thất bại sau những phương pháp khác..., ngoài đảm bảo cố định vững chắc cần phải tiếp tục nghiên cứu những biện pháp để tái khởi động và tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình liền xương tại ổ KG một cách hiệu quả.
1.4. uỷ xƣơng và
1.4.1. Cấu trúc, chức năng và thành phần tế bào của tuỷ xương
Tuỷ xương là khoảng được lấp đầy bởi các ống tuỷ của xương dài và trong các hốc của xương dẹt. Tổng trọng lượng tuỷ xương ở người trưởng thành khoảng 2600g. Về cấu tạo mô, tuỷ xương gồm hệ thống những xoang mạch xen kẽ với những khoang tạo máu.
Trong khoang tạo máu chứa một quần thể đa dạng các tế bào máu ở các
giai đoạn phát triển và biệt hoá. .
Tế bào gốc là thuật ngữ dùng để chỉ một loại tế bào đặc biệt, duy nhất có khả năng tự tái tạo mới và biệt hoá thành những tế bào chuyên biệt t
, khi nhận được những tín hiệu kích thích
hoạt động. tự tái tạo và biệt hoá bằng cách phát triển thành hai loại tế bào con khác nhau. Một loại tế bào sinh sản qua nhiều lần phân chia để tạo ra
tế bào tiền thân (progenitors), những tế bào này biệt hóa để tạo thành mô trưởng thành. Còn loại tế bào con thứ hai vẫn ở trạng thái không hoạt động ban đầu, chúng giữ nguyên kiểu hình và tất cả những khả năng của tế bào mẹ ban đầu cho tới khi có những tín hiệu hoặc hiện tượng kích hoạt mới xảy ra để đáp ứng tăng sinh biệt hoá [82],[130],[132].
, ưu điểm chính của tuỷ xương là lấy, ít liên quan với các bệnh và có thể xử lý, ghép ngay trong mổ. Những kỹ thuật để phân lập hay nuôi cấy tế bào gốc từ tuỷ xương invitro có thể bằng cách tách trực tiếp dựa trên marker bề mặt tế bào hoặc bằng phương pháp hút và ly tâm gradient tỷ trọng [69],[94],[106].
Hình 1.3. Quá trình tạo mô mới từ tế bào gốc của tuỷ xƣơng
* Nguồn: theo Jimenez M.L. (2006) [75]
Hiện nay, trong tuỷ xương có hai loại tế bào gốc được nghiên cứu và ứng dụng trên lâm sàng nhiều nhất là tế bào gốc tạo máu (hematopoietic stem cells) và tế bào gốc trung mô (mesenchymal stem cells) [82],[131]:
- Tế bào gốc tạo máu: Có khả năng biệt hoá thành các tế bào của hệ thống miễn dịch và tuần hoàn, đảm nhiệm quá trình duy trì tái tạo máu hằng định, sản xuất ra hàng tỷ tế bào máu mỗi ngày. Tế bào gốc tạo máu được sử dụng trong ghép để điều trị một số bệnh máu như: leukemia, lymphoma, myeloma và thalassemia...
- Tế bào gốc trung mô: uỷ xương nguồn tế bào gốc trung mô
dồi dào, 1 ml tuỷ xương có khoảng 40 triệu tế bào có nhân và 2.000 tế bào tiền thân (hoặc 1 tế bào tiền thân/20.000 tế bào có nhân). là những tế bào đệm của tuỷ xương, có đặc tính của những tế bào gốc vạn năng, được tìm thấy trong chất đệm của tuỷ xương không tạo máu. Khả năng của tế bào gốc trung mô nguồn gốc tuỷ xương rất đa dạng. Trong quá trình chu chuyển của tế bào hoặc đáp ứng với những kích thích nhất định, chúng có thể biệt hoá thành nhiều loại tế bào như nguyên bào xương, nguyên bào sụn, nguyên bào sợi, tế bào mỡ, tế bào cơ tim, tế bào bet
[97].
Những marker bề mặt của tế bào gốc trung mô tuỷ xương được nhận biết bằng những phương pháp miễn dịch tế bào, sử dụng những kháng thể đơn dòng tương ứng: Stro-1(+), CD105(+) hay SH2(+), CD73(+), CD90(+) hay Thy-1(+), CD45(-) [34], [40],[74],[95], [102], [115].
Friedenstein [52],[53] khi nuôi cấy các tế bào từ tuỷ xương thấy chúng tạo thành cụm tế bào có khả năng tạo xương và sụn (CFU-F). Nuôi cấy tuỷ xương dài ngày cũng cho thấy các tế bào này thể hiện đặc tính của dòng tế bào mỡ và nguyên bào xương.
-
. Pittenger 9] thấy các tế bào phân lập từ tuỷ xương có khả năng duy trì ổn định tình trạng không biệt hoá khi nuôi cấy dài ngày invitro và các colony từ những tế bào đơn lẻ ban đầu có thể được cảm ứng để biệt hoá thành dòng tế bào tạo xương, sụn, mỡ khi có các tín hiệu phù
hợp. Kuznetsov [ 126] thấy dòng tế bào đệm tuỷ xương có khả năng tạo colony khi có các yếu tố PDGF, TGF-β, EGF, BFGF (yếu tố phát triển nguyên bào sợi cơ bản-basic fibroblast growth factor).
Hình 1.4. Quá trình tái tạo mô xƣơng mới từ tế bào gốc
* Nguồn: theo Muschler G.F. (2004) [98]
.
Do có ở nhiều nơi trong cơ thể, khả năng nuôi cấy invitro và biệt hoá đa dạng nên tế bào gốc trung mô tủy xương, ứng dụng trong chấn thương chỉnh hình rất lớn, đặc biệt là để tái tạo và sửa chữa mô xương, ứng dụng trong điều trị khớp giả xương dài [37],[38], [125], [133], [138]. Năm 1869, Goujon lần đầu tiên mô tả khả năng tạo xương của tuỷ xương trên thỏ. Năm 1934, McGaw và Harbin nhận thấy khả năng tạo xương của tuỷ xương khi ghép tuỷ xương trên thực nghiệm điều trị khuyết xương mác của chó [trích dẫn từ 38].
Từ những năm 1960 nhiều tác giả thấy rằng tế bào gốc tạo xương ở tuỷ xương tạo ra hiệu quả sinh học khi ghép xương xốp, do có vai trò tạo xương và cảm ứng xương. Năm 1964, Burwell [27] tăng cường đặc tính sinh xương của xương ghép bằng cách trộn xương xốp đồng loại với tuỷ xương tự thân.
Năm 1982, Tagaki và Urist [120] khi thực nghiệm trên khớp giả xương đùi chuột thấy chất đệm tủy xương bao gồm các tế bào tiền thân tạo xương và
các tế bào trung mô có khả năng đáp ứng với BMP để biệt hoá thành nguyên bào xương.
Năm 1986, Paley và cộng sự [104] ghép tuỷ xương để điều trị gãy xương và mất đoạn xương thực nghiệm trên thỏ cho thấy khả năng sinh xương của tuỷ xương ghép đạt tối đa vào tuần thứ 1 đến tuần thứ 3 sau ghép, kỹ thuật này làm giảm nguy cơ của phẫu thuật, gây mê, nhiễm trùng, có thể áp dụng trên lâm sàng.
Mặc dù đã có nhiều nghiên cứu trên thực nghiệm về khả năng tạo xương của tuỷ xương nhưng phải đến những năm 1990 mới bắt đầu có những nghiên cứu ứng dụng trên lâm sàng với một số lượng không lớn. Các nghiên cứu ứng dụng ban đầu đều ghép trực tiếp tuỷ xương vừa hút được ở xương chậu vào ổ KG. Tỷ lệ liền xương của ghép trực tiếp tuỷ xương không qua xử lý từ 62,5-90% với thời gian trung bình 3-7 tháng. Kỹ thuật này có ưu điểm nhanh và đơn giản nhưng nhược điểm là không loại bỏ được các thành phần không cần thiết cho quá trình liền xương trong khối ghép, mật độ tế bào gốc tạo xương không cao. Năm 1990, Healey [67] thông báo 8 trường hợp KG sau khi lấy u và kết xương bên trong được điều trị bằng ghép tuỷ xương. Năm 1991, Connolly [36] ghép tuỷ xương tự thân điều trị 20 bệnh nhân KG thân xương chày. Năm 1993, Garg [57] báo cáo 20 trường hợp KG thân xương dài được ghép tuỷ xương tự thân. Năm 2005, Goel [60] ghép tuỷ xương tự thân điều trị cho 20 bệnh nhân KG thân xương chày... Số lượng bệnh nhân KG xương chày lớn nhất được ghép khối tế bào gốc tuỷ xương tự thân là của Hernigou (2005) [70], [71] với 60 trường hợp. Gần đây, với những tiến bộ trong y học, ghép tế bào gốc sau nuôi cấy bắt đầu được nghiên cứu. Năm 2007, Marcacci [87] điều trị 4 bệnh nhân khuyết đoạn thân xương bằng tế bào gốc sau nuôi cấy, các tế bào gốc trung mô từ tuỷ xương của bệnh nhân được nuôi cấy exvivo, gắn vào khung đỡ hydroxyapatite, sau
.
trung bình 17,1 ml
Muller. uỷ xương được hút ra từ mào chậu và bơm trực tiếp ngay vào ổ gãy. Tỷ lệ liền xương 96,5% (28/29 ca), thời gian trung bình là 21,2 tuần
250 ml m -
.
1.5. Xƣơng
Để lấp đầy khoảng trống tại các ổ khuyết xương các phẫu thuật viên cần phải tìm chất liệu để ghép, có thể là xương tự thân (Autograft), xương đồng loại (allograft/ Cadaver bone) , xương dị loại. Mỗi chất liệu đều có những ưu nhược điểm khác nhau. Xương tự thân đạt được tiêu chuẩn cơ sinh học và miễn dịch thì có nhiều nhược điểm tại nơi lấy chất liệu: Đau, nguy cơ nhiễm khuẩn, chảy máu, tổn thương thần kinh, bệnh nhân có thêm vết mổ, thời gian gây mê kéo dài hơn, nhiều khuyết hổng lớn không đủ chất liệu ghép…Xương đồng loại và dị loại khắc phục được những nhược điểm trên lại có nguy cơ thải ghép, nhiễm các bệnh lây truyền.
Xương nhân tạo và các sản phẩm sinh học thay thế xương ghép ra đời mở ra một hướng nghiên cứu mới trong điều trị ghép xương. Có nhiều sản phẩm khác nhau, tuy nhiên chúng được chia làm 2 loại: Các vật liệu có tính
dẫn xương (osteoconduction) và các vật liệu có tính cảm ứng xương (osteoinduction).
1.5.1 Các vật liệu sinh học có tính dẫn xương (osteoconduction)
, cho phép trong, xương mới
mầm mao mạch , do cấu trúc ba chiều của nó. Chúng có ưu thế lấp đầy trong những trường hợp khuyết hổng xương [28], [85].
. Hydroxyapatite, β-tricancium phosph
60-65%, kích thước của các lỗ từ 300 µm- 500µm [99].
Calcium phosphate là vật liệu dẫn xương, tăng tạo xương mới do cung cấp chất đệm dẫn xương cho các tế bào tạo xương của người nhận tạo xương dưới tác động của các yếu tố cảm ứng xương. Cấu trúc hỗ trợ của chúng không cao vì dễ gãy và độ bền, sức căng thấp. Calcium phosphate có nhiều dạng như ceramic, bột và cement. Ceramic có cấu trúc tinh thể cao tạo ra bởi muối khoáng phi kim loại ở nhiệt độ cao >1000°C [128]. Các vật liệu phosphate này có tỷ lệ hoà nhập xương thay đổi tuỳ theo kích thước tinh thể và hoá học. Ưu điểm của chúng là hoà nhập với tốc độ thấp hơn các vật liệu calcium phosphate.
Một trong những ceramic tiêu được phổ biến là tricalcium phosphate (TCP),
. β- TCP tron
dạng viên khối, hạt, bột hoặc bột mát tít. Ceramic san hô khi xử lý với ammonium phosphate bằng nhiệt hoá học tạo ra TCP có cấu trúc và độ xốp tương tự như xương xốp. Kích thước lỗ và độ xốp là đặc tính quan trọng của vật liệu ghép. Xương không mọc vào bên trong các lỗ từ 15-40µm. Sự hình thành xương đòi hỏi kích thước lỗ tối thiểu 100 µm, lý tưởng nhất là từ 300-500 µm. Tuy nhiên, theo một số tác giả kích thước lỗ ít quan trọng hơn sự hiện diện của các lỗ liên kết. Các lỗ liên kết ngăn cản hình thành các lối cụt, thường phối hợp với áp lực oxy thấp là nguyên nhân ngăn cản các tế bào tiền thân tạo xương biệt hoá thành nguyên bào xương. Khả năng lấp đầy khuyết xương của calcium phosphate đã được nghiên cứu trên thực nghiệm và
lâm sàng [99]. -
.
.
Hydroxyapatite tổng hợp (HA) là calcium phosphate tinh thể, có tính dẫn xương cũng được tạo qua quá trình như ceramic.
[99], nê
. Các nghiên cứu thực nghiệm của Ripamonti, Gosain cho thấy HA có thể có một số đặc tính cảm ứng xương
ngoài khả năng dẫn xương. Tuy nhiên, do quá trình tiêu in vivo chậm và tính dễ vỡ cao, hình thành xương chậm nên HA thường không được sử dụng đơn thuần như vật liệu dẫn xương. TCP ít vỡ hơn và tiêu nhanh hơn HA. Theo Knaack, Wiltfang, trên thực nghiệm thấy 95% calcium phosphate bị tiêu đi từ 26-86 tuần.
.
- -
-
64].
25] báo cáo 108 trường hợp dùng ceramic hai pha, bao gồm 74 ca gãy xương, 30 ca khớp giả và 4 ca ghép xương kiểu Papineau. Kết quả cho thấy chỉ có 1/74 gãy xương bị khớp giả, tất cả 30 ca khớp giả đều liền (1 ca nhiễm trùng), ghép xương kiểu Papineau bằng trộn ceramic và xương ghép tự thân liền trong khoảng thời gian bình thường. Theo tác giả, ceramic hai pha cho phép loại bỏ các nguy cơ biến chứng của ghép xương tự thân.
Do các vật liệu thay thế xương thiếu các tế bào tiền thân tạo xương và khả năng cảm ứng xương nên một số tác giả bổ sung yếu tố cảm ứng xương vào chất đệm dẫn xương calcium phosphate để tạo ra xương ghép phức hợp thúc đẩy tạo xương. Chapman và cộng sự [32] theo dõi 249 ca gãy xương dài tối thiểu 2 năm, so sánh giữa ghép xương tự thân với ghép xương phức hợp (gồm ceramic calcium phosphate 2 pha trộn với collagen bò và tuỷ xương tự thân). Các tác giả thấy không có sự khác biệt về tỷ lệ liền xương, phục hồi
chức năng hoặc biến chứng giữa 2 nhóm và cho rằng phức hợp xương ghép có hiệu quả như xương ghép tự thân khi điều trị gãy xương dài cần ghép xương bổ sung.
. Kelly (2001) [81] tron
.
1.5.2. Các vật liệu sinh học có tính cảm ứng xương (osteoinduction)
Một trong những đặc điểm của hệ thống xương là khả năng tự tái tạo. Quá trình sửa chữa xương liên quan đến nhiều hiện tượng song song với sự phát triển phôi. Do mô xương có nguồn gốc từ trung mô nên các tế bào trung mô chưa biệt hoá có gen gần với dòng tế bào chuyên biệt ở giai đoạn sửa chữa hoặc phát triển. Trong quá trình sửa chữa, một số kích thích sẽ phát tín hiệu để các tế bào trung mô chưa biệt hoá sẽ biệt hoá theo con đường tạo xương-
sụn . Thuật ngữ cảm ứng xương được Marshall Urist
đề cập lần đầu tiên từ những năm 1960, theo Urist [127], hiện tượng cảm ứng xương (osteoinduction) được định nghĩa là "quá trình hỗ trợ các tế bào trung
mô chưa biệt hoá phân bào để tạo ra các tế bào tiền thân có khả năng tạo xương mới". Vì vậy, bất cứ vật liệu nào cảm ứng quá trình này đều có thể xem là chất cảm ứng xương.
hất đệm xương khử khoáng (Demineralised Bone Matrix- DBM), được tạo ra khi chiết rút acid khỏi xương đồng loại.
ó chứa collagen týp I, các protein không collagen và các yếu tố phát triển cảm ứng xương. Các yếu tố có tính cảm ứng xương
được biết đến là BMP, GDF (yếu tố biệt hoá phát triển:
growth differentiation factor), TGF- β 1, 2, 3 –
- - -
- )
[41], [65], [118]. Có nhiều nghiên cứu hiệu quả cảm ứng xương của chất đệm xương khử khoáng trên thực nghiệm
137]. Mulliken và cộng sự báo cáo một số trường hợp điều trị nang xương và biến dạng hàm mặt. Tiedeman và cộng sự [122] điều trị 48 bệnh nhân khuyết xương bằng chất đệm xương khử khoáng và tuỷ xương, trong 39 trường hợp theo dõi được có 30 bệnh nhân
xương. Tuy nhiên vì không có nhóm chứng nên vai trò của chất đệm xương khử khoáng trong quá trình liền xương chưa được hiểu rõ. Chất đệm xương khử khoáng được tinh chế dưới dạng bột đông khô, dạng hạt, gel, bột mát tít hoặc các mảnh. Chúng có thể được sản xuất phối hợp với các vật liệu khác như xương đồng loại và hạt calcium sulfate [78]. Wilkins (2003) [134] ghép
tuỷ xương tự thân và xương khử khoáng để điều trị 66 ca khớp giả thân xương dài, tỷ lệ liền xương 88%.
Tác động tương hỗ của các yếu tố cảm ứng xương hoá sinh hay yếu tố phát triển rất phức tạp và chưa được tìm hiểu hết nên ứng dụng chủ yếu ở trên thực nghiệm. Lynch và cộng sự thấy IGF-I và PDGF có hoạt động tương hỗ để cải thiện quá trình liền xương, sử dụng tại chỗ chỉ một trong hai yếu tố này không có hiệu quả nhưng nếu sử dụng đồng thời thì cải thiện đáng kể chiều dày và độ khoáng hoá can.
BMP được ứng dụng trên lâm sàng lần đầu tiên tại khoa chấn thương,