hướng đến tái tạo mô mềm
Khung nâng đỡ là những cấu trúc nhân tạo từ nguồn vật liệu sinh học mô phỏng lại khuôn nền ngoại bào nhằm hỗ trợ sự hình thành, tái tạo mơ ba chiều. Các khung nâng đỡ lý tưởng trong kỹ nghệ mơ phải đáp ứng một số các tiêu chí lựa chọn sau:
- Cho phép các tế bào bám dính, di cư, tăng sinh và biệt hoá; - Tương hợp sinh học với cơ thể ghép;
- Phân huỷ sinh học ở mức có thể kiểm sốt và phù hợp với tốc độ tăng trưởng của mơ và sự tích hợp với các thành phần xung quanh mơ;
- Tạo không gian cho sự hình thành và tái tạo mơ;
- Có cấu trúc nhiều lỗ xốp liên kết với nhau để tạo thuận lợi cho sự phát triển mạch, vận chuyển chất dinh dưỡng và các yếu tố sinh hoá;
- Đảm bảo các tính chất cơ học, dễ dàng thay đổi cấu trúc và hình thái phù hợp với nhu cầu khiếm khuyết cụ thể.
Vật liệu được sử dụng để chế tạo khung nâng đỡ trong kỹ nghệ mô mỡ rất phong phú và đa dạng, được chia làm hai loại là vật liệu tổng hợp và vật liệu tự nhiên có nguồn gốc sinh học. Polyme tổng hợp đã được sử dụng rộng rãi do có lợi thế về tính chất cơ học, tính chất hố học và độ phân huỷ. Các loại vật liệu thường được sử dụng như poly (lactic acid), poly (glycolic acid), poly (lactic-co-glycolic acid), poly ethylene glycol… Một số loại polyme tổng hợp sau khi ghép vào cơ thể người một thời gian sẽ phân huỷ tạo sản phẩm dễ dàng đưa ra khỏi cơ thể thơng qua q trình trao đổi chất tự nhiên. Khung nâng đỡ cũng có thể được tạo nên từ nguồn vật liệu tự nhiên, thường là khuôn nền ngoại bào của mô mỡ hay các thành phần của khuôn nền ngoại bào hoặc là các chất dẫn xuất khác nhau của các thành phần đó. Một số có thể kể đến như collagen, fibrin, gelatin, alginate, chitosan, axit hyaluronic, fibroin tơ tằm, … Đa số đều phù hợp về tính tương thích sinh học, đặc tính cơ học và sinh học với cơ thể vật ghép. Ngoài ra, các loại vật liệu còn được sử dụng kết hợp với nhau hoặc kết hợp với các tác nhân liên kết để nghiên cứu và ứng dụng trong kỹ nghệ mô mỡ.
Hiện nay, khung nâng đỡ dưới dạng hydrogel được đánh giá là hồn hảo, thích hợp cho kỹ nghệ mô mỡ. Hydrogel là một mạng lưới ba chiều các chuỗi polyme trương nước, thường bao gồm các polyme ưa nước liên kết chéo với nhau có thể trương lên nhưng khơng hồ tan trong nước. Các liên kết chéo được phân làm hai loại: liên kết
13
chéo vật lý và hoá học. Các liên kết chéo vật lý như liên kết hydro, liên kết Van der Waals, tương tác kị nước và liên kết trong mạng tinh thể, chuỗi rối. Các liên kết vật lý thường là những liên kết yếu, khơng bền vững, khó giữ cho hydrogel khơng phân huỷ trong môi trường nước. Các liên kết chéo hoá học như các liên kết ion hay liên kết cộng hoá trị là những liên kết mạnh, bền, góp phần ổn định cấu trúc của hydrogel. Cấu trúc liên kết chéo khơng hồ tan này tạo điều kiện cho tế bào bám dính, tăng sinh cũng như luân chuyển có hiệu quả của các nhân tố hoạt động và phân tử sinh học. Đồng thời, cấu trúc này cũng làm tăng khả năng thấm hút dung dịch của hydrogel, khiến vật liệu hydrogel giống mô mềm tự nhiên hơn so với bất kỳ loại hình vật liệu sinh học khác. Vật liệu hydrogel cịn biểu hiện tính tương hợp sinh học tốt, tính thấm cao đối với oxy, chất dinh dưỡng và các chất chuyển hố hồ tan trong nước khác. Một số hydrogel đã được nghiên cứu trong kỹ nghệ mô mỡ được làm từ các loại polyme như collagen, gelatin, fibrin, axit hyaluronic, alginate, chitosan, poly (lactic acid), poly (glycolic acid), poly (lactic-co-glycolic acid)…
Khung nâng đỡ hydrogel lý tưởng để ứng dụng trong kỹ nghệ mơ mỡ do có cấu trúc mạng lưới trương nước tốt, khả năng lưu giữ tế bào và các phân tử sinh học hiệu quả. Hydrogel là một mạng lưới liên kết ba chiều, được tạo thành từ các polyme ưa nước nên có khả năng giữ nước cao. Có nhiều loại polyme như các polyme tự nhiên, polyme tổng hợp và polyme lai giữa tổng hợp và tự nhiên được sử dụng để làm hydrogel thông qua các liên kết chéo vật lý hay hoá học. Hydrogel tự nhiên dùng trong kỹ nghệ mô thường được làm từ protein, đặc biệt collagen là một điển hình.
Bảng 1.1. Các loại polyme được sử dụng để tạo khung nâng đỡ hydrogel tự nhiên