1.3.1. Đặc điểm chung của giá thể sử dụng trong cơng nghệ mơ
Yếu tố quan trọng quyết định hiệu quả của liệu pháp tế bào gốc là tỷ lệ sống sĩt của tế bào gốc trong và sau khi cấy ghép. Giá thể sinh học được sử dụng để sửa chữa sụn khơng chỉ cung cấp hỗ trợ cơ học cho các khiếm khuyết của sụn mà cịn cung cấp chất nền hỗ trợ cho sự phát triển, khuếch tán và biệt hĩa của tế bào gốc [15]. Hệ thống phân phối tế bào dựa trên giá thể sinh học cĩ thể được chiết xuất từ các vật liệu cĩ nguồn gốc tự nhiên, chẳng hạn như Hyaluronic Acid (HA) [131], gelatin [83], alginate
[133], collagen, và chất nền khử phân cực [171], [172] hoặc dựa trên các vật liệu tổng hợp, chẳng hạn như poly (ethylene glycol) (PEG) [117], poly (N-isopropylacrylamide) (PNIPAM) [144], poly (axit lacticco-glycolic) (PLGA) [126], và polycaprolactone (PCL) [116]. Giá thể thường được chế tạo thành cấu trúc xốp để tạo điều kiện thuận lợi cho việc cấy tế bào vào hoặc mạng lưới cao phân tử ngậm nước, hydrogel để bao bọc tế bào [32]. Giá thể tự nhiên cĩ tác dụng sinh học tốt hơn như thúc đẩy tế bào kết dính, tăng sinh và biệt hĩa sụn [151]. Tuy nhiên, tính chất cơ học và tốc độ thối hĩa của giá thể tổng hợp dễ điều chỉnh hơn, tùy theo sụn hoặc xương cũng dễ dàng hơn [134].
Polymer cĩ nguồn gốc tự nhiên cĩ cấu trúc tương tự collagen, bên trong cĩ thành phần tương tự chất căn bản bên trong cơ thể mơ chủ. Bản chất là mơ cơ thể bị loại bỏ các thành phần tế bào bên trong. Giá thể đem ghép dị loại phổ biến nhất là thu nhận từ heo. Polymer tổng hợp (nhân tạo) đặc tính linh hoạt, ít cĩ các biến đổi như ở vật liệu tự nhiên.
Dạng gel hiện nay thường được chuyển sang dạng lỏng hơn để cĩ thể tiêm truyền vào mơ mềm như thần kinh, mỡ, tim.
Ceramics và kim loại thích hợp dùng trong ghép vào mơ cứng (xương, răng). Một dạng giá thể khác cũng đã và đang được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm đến là màng chân bì cĩ nguồn gốc từ da heo [124]. Đây được coi là dạng giá thể sinh học ghép dị lồi nên vẫn cịn đang được cân nhắc trong việc ghép lên người. Theo nghiên cứu [120], các tác giả đã so sánh việc sử dụng hai loại màng chân bì cĩ nguồn gốc khác nhau trên mơ hình chuột. Kết quả cho thấy, màng chân bì cĩ nguồn gốc từ da heo cho tỉ lệ lành vết thương cũng như diện tích chữa lành thấp hơn so với màng chân bì cĩ nguồn gốc từ người; và chỉ cĩ khoảng 50% mẫu chân bì heo là được mơ chủ tái hấp thu.
Những đặc điểm cần cĩ của một giá thể khi ghép vào cơ thể [16], [33], [121]: • Tính vơ trùng: vật liệu khơng cĩ sự hiện diện của bất kì vi sinh vật, đảm bảo độ đảm bảo vơ trùng SAL là ≤ 10-6
• Tính tương thích sinh học: các tế bào cĩ khả năng bám dính, đảm bảo chức năng bình thường, và khả năng di chuyển trên bề mặt giá thể để rồi bắt đầu tăng sinh. Sau khi ghép vào cơ thể, mơ ghép sẽ gây ra phản ứng miễn dịch nhưng khơng đáng kể
để ngăn ngừa những đáp ứng viêm trầm trọng, vì nĩ cĩ thể dẫn đến sự làm giảm quá trình lành vết thương hay đào thải mơ ghép khỏi cơ thể.
• Tính dẫn tạo mơ và mạch máu: giá thể cung cấp một chất nền để các tế bào cĩ thể bám dính, tăng sinh, phát triển và biệt hĩa. Đồng thời tạo điều kiện tân tạo mạch máu.
• Tính thối biến sinh học: vật liệu sau khi ghép cĩ khả năng thấm hút dịch, nước, hồn tồn được tái hấp thu, tái tổ chức mà khơng can thiệp vào cấu trúc tổng thể của mơ chủ. Bên cạnh đĩ các vật liệu ghép cĩ khả năng tiêu biến thì sản phẩm của nĩ phải đảm bảo tính thối biến sinh học. Các sản phẩm thối biến phải đảm bảo tính khơng gây độc và cĩ thể thốt khỏi mơ chủ mà khơng gây nên những ảnh hưởng khác đến cơ quan khác. Để cho sự thối biến diễn ra song song với sự hình thành các mơ, sự đáp ứng viêm là cần thiết kết hợp với sự đáp ứng của tế bào, nhất là đại thực bào.
• Tính chất vật lý: cấu trúc giá thể cĩ độ bền phù hợp trong quá trình ghép. Sự cân bằng giữa tính chất vật lý và độ xốp của giá thể là yếu tố quyết định cho phép tế bào xâm nhập và tân tạo mạch máu.
• Cấu trúc: đây là tiêu chuẩn quan trọng cĩ tính quyết định. Cấu trúc của giá thể phải cĩ độ xốp, cĩ các lỗ hổng kết nối với nhau, đảm bảo sự xâm nhập của tế bào và khuếch tán đầy đủ các chất dinh dưỡng giữa bên trong cấu trúc và chất nền. Hơn nữa, cấu trúc xốp này cho phép khuếch tán các sản phẩm cặn bã ra khỏi giá thể mà khơng gây nên những ảnh hưởng đến các cơ quan và mơ xung quanh. Các cấu trúc lỗ hổng cần đủ lớn để các tế bào cĩ thể di chuyển vào giá thể và hình thành các liên kết với giá thể, nhưng các lỗ này cũng đủ nhỏ để tạo các liên kết giữa các tế bào. Vì thế, độ rộng các cấu trúc lỗ hổng sẽ thay đổi tùy theo loại tế bào được cấy lên.
• Đặc điểm khác: dễ bảo quản và vận chuyển, phù hợp với nhu cầu lâm sàng và thực tế.
1.3.2. Đặc điểm giá thể màng chân bì
Chân bì là mơ liên kết nâng đỡ thượng bì và kết hợp với hạ bì. Cấu tạo gồm 2 lớp là lớp nhú bì và lớp lưới. Lớp nhú bì là mơ liên kết thưa, mỏng hơn lớp lưới. Lớp bề mặt của chân bì khơng đều đặn, cĩ nhiều nhú chân bì đan xen với gờ thượng bì. Lớp
lưới là mơ liên kết đặc khơng định hướng. Độ dày của chân bì tùy vào vùng cơ thể, nơi dày nhất gặp ở lưng khoảng 4mm. Vùng này chủ yếu là tế bào sợi, các sợi collagen, một ít sợi chun, hệ thống mao mạch lớn và nhỏ, các nang lơng và các tuyến. Trong suốt thời kỳ phát triển phơi, trung mơ của chân bì quyết định sự biệt hĩa của lớp thượng bì bên trên. Chất căn bản trong lớp chân bì là thành phần vơ định hình của chất nền ngoại bào mà trong đĩ các tế bào liên kết và sợi liên kết được vùi vào. Đây là một gel rất ưa nước, đảm bảo tính căng phồng của mơ liên kết. Chất căn bản bao gồm các glycoproteins, collagen, glycosaminoglycans và proteoglycans. Chức năng chính là nguồn hỗ trợ khung đỡ, hình dạng, cấu trúc và thể tích cho các loại mơ khác nhau trong cơ thể như màng đáy, mơ xương, mơ cơ, và các loại mơ khác. Do đĩ, các thành phần và cấu trúc của lớp chân bì rất phù hợp trong việc sửa chữa và tái tạo mơ khi được ghép cho người bệnh.
Trong lĩnh vực nuơi cấy tế bào, các tế bào chỉ cĩ thể phát triển khi chúng được bám dính trên bề mặt giá thể nuơi cấy thơng qua chất nền ngoại bào. Với thành phần chất căn bản là fibronectin giữ vai trị quan trọng trong việc giúp tế bào kết nối, phát triển, biệt hĩa và di chuyển. Các protein bên trong chất căn bản sẽ quyết định sự hoạt động của tế bào như phân chia, di chuyển, biệt hĩa, tăng sinh thơng qua việc truyền tín hiệu đến các hệ thống bộ xương tế bào, và phát động tín hiệu các yếu tố tăng trưởng đến các thụ thể và các phân tử bám dính trên bề mặt tế bào, chẳng hạn như integrin. Ngồi ra nhờ cĩ chất căn bản mà các tế bào xung quanh tạo thành một mạng lưới liên kết với nhau.
Giá thể màng chân bì cĩ thể lấy từ mơ da, mơ ruột, bàng quang, màng tim, van tim, dây chằng, gân, thần kinh, gan… và cĩ thể thu nhận từ heo, ngựa và con người. Giá thể màng chân bì da người ghép đồng loại là phần chân bì được thu nhận từ da người hiến và được xử lý để loại bỏ phần thượng bì và hạ bì, chỉ giữ lại phần chân bì.
Các tế bào thuộc mơ liên kết ở phần chân bì cũng như các tế bào cịn sĩt trong phần thượng bì và hạ bì đều được loại bỏ dưới tác dụng của tia gamma. Giá thể thu được sẽ khơng cịn sự hiện diện của các thành phần gây ra đáp ứng miễn dịch gây thải loại ghép.
tính và là một vật liệu tiềm năng trong lĩnh vực cơng nghệ mơ và kỹ thuật ghép mơ trên lâm sàng. Sự liên kết và sắp xếp các sợi collagen bên trong giá thể giúp điều chỉnh hoạt động của tế bào cĩ thể bám dính vào giá thể thơng qua kiểm sốt khả năng di chuyển tế bào, tạo điều kiện cho các tế bào cĩ thể thấm nhập vào giá thể [16]. Đồng thời với các thành phần của collagen bên trong lớp chân bì tạo thành những khe hở và khoảng trống giúp cho tế bào cĩ thể phát triển và tăng sinh. Chính cấu tạo tuyệt vời này giúp phần chân bì từ da người được sử dụng như là giá thể dùng để mang các tế bào nhằm tạo ra các mảnh ghép.
Hiện tại thì giá thể màng chân bì da người đã được thương mại hĩa và sử dụng trong nhiều lĩnh vực ghép như trong điều trị bỏng, phẫu thuật vú, bụng, ngực…[111]. Ngồi ra, thành phần cấu tạo của màng chân bì cũng tìm thấy hiện diện trong mơ sụn của người đặc biệt là các protein collagen, proteoglycan và glycosaminoglycan. Sử dụng giá thể màng chân bì trong các nghiên cứu in vitro và in vivo bước đầu đã cho thấy tiềm năng trong việc sửa chữa tổn thương sụn [173], [175].