1 .Trong y sinh
1.3. Kỹ thuật mô
Việc chế tạo ma trận / giá đỡ đầy hứa hẹn bắt chước chức năng sinh học và cấu trúc của chất nền ngoại bào tự nhiên là một trong những cuộc thi thiết yếu trong nghiên cứu vật liệu sinh học và kỹ thuật mô. Các tế bào nhỏ hơn của con người có thể gắn vào các sợi có kích thước nhỏ hơn kích thước của tế bào người. Do đó, sợi nano có thể cung cấp một cấu trúc đầy hứa hẹn cho các tế bào phát triển, di cư và tạo hạt. Sự phát triển của các sợi nano để tăng sinh và kết dính tế bào là cần thiết cho quá trình tái tạo cơ quan và mơ. Đối với cách tiếp cận này, điều cần thiết là phải tái tạo và tạo ra một hỗn hợp tương thích sinh học ba chiều để phát triển tế bào cho các quá trình thay thế và sửa chữa mô. Sự chú ý lớn đã được dành cho việc thiết kế và phát triển các giàn giáo bằng polyme phân hủy sinh học
và / hoặc các sợi nano polymer sinh học tổng hợp. Nói chung, các chất tạo màng sinh học dựa trên sợi nano là một ứng cử viên tuyệt vời để bắt chước các cấu trúc tự nhiên so với các sợi có đường kính lớn, khơng bắt chước các đặc tính cấu trúc của các sợi tự nhiên.
1.3.1. Sợi nano cho kỹ thuật mô da
Kỹ thuật điện quay đã thúc đẩy rất nhanh sự phát triển của giàn ghép cải tiến cho da TE. Đối với ứng dụng chữa lành vết thương, độ xốp cao của sợi nano electrospun có thể cung cấp nhiều không gian cấu trúc hơn cho chỗ ở của các tế bào được ghép, tạo điều kiện thuận lợi cho sự tăng sinh và di chuyển của tế bào, đồng thời cải thiện quá trình trao đổi oxy, phân phối chất dinh dưỡng và dịch đùn. Mặt khác, kích thước lỗ nhỏ của giá đỡ sợi nano có thể hạn chế nhiễm trùng vết thương và mất nước trong q trình chữa lành vết thương. Ngồi ra, các đặc tính cơ học có thể điều chỉnh được của sợi nano electrospun có thể giữ được tính tồn vẹn cơ học giữa mơ ghép TE và mô vật chủ, đồng thời ngăn ngừa sự co lại của vết thương trong quá trình cấy ghép.
Giá đỡ sợi nano cao phân tử có tiềm năng tương tác và điều chỉnh các sự kiện tái tạo cụ thể ở cấp độ phân tử để phục hồi các mơ bị tổn thương. Sợi nano có thể được chế tạo bằng nhiều kỹ thuật khác nhau như kỹ thuật quay điện, tách pha, tự lắp ráp, v.v. Điện sợi là phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất để chế tạo sợi nano cho các ứng dụng trong kỹ thuật mô. Các sợi siêu mịn điện tử có thể được điều chỉnh để thể hiện sự phân bố lỗ chân lơng mong muốn, tỷ lệ diện tích bề mặt trên thể tích cao, kết dính và tăng sinh tế bào do cấu trúc của chúng giống với chất nền ngoại bào gốc. Sợi nano polymer Electrospun có nhiều ưu điểm khác nhau như chất thay thế da vì chúng có thể ngăn chặn sự mất chất lỏng và protein từ vùng vết thương, giúp loại bỏ dịch tiết, ức chế nhiễm trùng vi khuẩn, thể hiện đặc tính chống bám dính tuyệt vời và hướng dẫn các tế bào nội sinh tăng sinh và tái tạo. Giá đỡ sợi nano hiện đang được chế tạo kết hợp với các yếu tố tăng trưởng và / hoặc tế bào để đẩy nhanh quá trình chữa lành vết thương được điều chỉnh. Việc sử dụng giàn sợi nano điện tử cho kỹ thuật mơ da được trình bày chi tiết trong bài đánh giá này. Hơn nữa, những tiến bộ gần đây trong việc chế tạo giàn giáo sợi nano tổng hợp sinh học, cấy ghép điện tử kết hợp với tế bào và tế bào gốc cho kỹ thuật mô da cũng được nhấn mạnh.
Hình 25. Sợi nano cho kỹ thuật mô thần kinh
1.3.2. Sợi nano cho kỹ thuật mô thần kinh
Ứng dụng thú vị khác của sợi nano electrospun là để tái tạo dây thần kinh. Mục đích của kĩ thuật mô thần kinh là phát triển các ống dẫn hướng dẫn thần kinh hiệu quả để bắc cầu các khoảng trống trong các nơron ngoại vi hoặc trung ương bị tổn thương, và chức năng của giàn kỹ thuật mô thần kinh phải hướng sự nảy mầm theo trục và thúc đẩy sự khuếch tán của các yếu tố dinh dưỡng thần kinh. Sợi nano Electrospun là vật liệu thích hợp cho kỹ thuật mơ thần kinh vì cấu trúc của chúng khơng chỉ bắt chước ECM ( ma trận ngoại bào ) dạng sợi thần kinh mà cịn cung cấp hướng dẫn địa hình nền để định hướng sự phát triển của tế bào thần kinh.
Hình 26. Các góc nhìn đẳng áp của việc tái tạo 3D của dây thần kinh được tái tạo bên trong
(A) silicone - và (B) poly (ε-caprolactone) tương ứng với các ống dẫn hướng thần kinh dựa trên sợi nano . Hình ảnh hiển vi ánh sáng của các mặt cắt của dây thần kinh tái tạo từ phần giữa (bên trái) và phần xa (bên phải) của các ống dẫn dựa trên silicone (C, D) và (E, F) dựa
trên sợi nano
Các sợi nano electrospun có ý nghĩa quan trọng trong việc hiểu và kiểm soát sự phát triển của neurite và để sử dụng trong quá trình tái tạo thần kinh. Tiềm năng sử dụng kỹ thuật quay điện để chế tạo NGC (ống dẫn hướng dẫn thần kinh) có thể được tăng cường đáng kể bằng cách kết hợp thảm điện quay với nhiều kỹ thuật đã được thiết lập tốt khác (ví dụ, chức năng hóa của sợi và cấy tế bào). Tất cả các thành phần, hình thái và cấu trúc của sợi đều có thể được điều chỉnh bằng cách sử dụng một số phương pháp vật lý và hóa học. Sửa đổi bề mặt đã được khai thác để cung cấp một lộ trình đơn giản để thúc đẩy sự phát triển của neurite, trong khi việc kiểm soát sự liên kết của sợi quang đã được sử dụng
để hướng dẫn sự kéo dài của neurite. Tất cả các hoạt động nghiên cứu này đã dẫn đến việc khám phá các giá đỡ dựa trên sợi nano electrospun cho các ứng dụng trong kỹ thuật mô thần kinh. Mặc dù sợi nano electrospun đã được chứng minh là có khả năng hướng dẫn và thúc đẩy sự phát triển của neurite hoặc sợi trục trong ống nghiệm, nhưng cho đến nay chỉ có một số nghiên cứu in vivo được thực hiện. Cần có nhiều nỗ lực hơn để thử nghiệm các ống dẫn dựa trên sợi nano electrospun để sửa chữa chấn thương thần kinh ngoại vi in vivo. Ngồi ra, có nhu cầu mạnh mẽ về việc cải thiện thiết kế ống dẫn ở các khía cạnh sau: cấu hình suy thối phù hợp, tối ưu hóa tổ chức sợi để hướng dẫn tốt hơn sự phát triển sợi trục tái tạo và áp dụng các dấu hiệu bên ngoài để tăng cường hơn nữa sự kéo dài và hướng dẫn của sợi trục.[19](Hình 26)
1.3.3. Sợi nano cho kỹ thuật mô tim
Bệnh tim là nguyên nhân hàng đầu của một số vấn đề nghiêm trọng, bao gồm cả nhồi máu cơ tim, và nó vẫn là một thách thức lớn đối với cộng đồng trên toàn thế giới. Tim người lớn khơng đủ năng lực để kích thích và bù đắp những tổn thương của các tế bào cơ tim. Đổi mới chức năng tim bằng cách thay thế cơ tim không khỏe mạnh bằng các tế bào cơ tim hiệu quả là một cách tiếp cận đầy hứa hẹn, vì nó cung cấp một liệu pháp tiềm năng cho chứng nhồi máu cơ tim. Polyme với vật liệu sinh học được sản xuất ở kích thước nanomet và bao gồm các đặc điểm cấu trúc, sinh hóa và cơ học của vật liệu cho các ứng dụng kỹ thuật mô. Polymer cung cấp lợi thế về khả năng thay đổi tính chất kéo của chúng, và vật liệu sinh học cung cấp các vị trí chấp nhận tế bào, điều cần thiết cho sự gắn kết và tăng sinh của tế bào.
Mục tiêu của kỹ thuật mơ tim là phát triển các giá đỡ có thể tạo ra hỗ trợ vật lý cho trái tim bị tổn thương bằng cách thay thế một số vai trò nhất định của chất nền ngoại bào bị suy giảm, và ức chế sự tái cấu trúc và rối loạn chức năng tim bất lợi sau nhồi máu cơ tim. Giá đỡ sợi nano được chế tạo được sử dụng làm mô ghép tim, giá thể thực hiện như một nền tảng để giải phóng có kiểm sốt thuốc và các yếu tố tăng trưởng, ngăn ngừa các vấn đề cơ học và hỗ trợ trong việc phục hồi tế bào. ( Hình 27) Chương này nghiên cứu các ứng dụng của các polyme khác nhau được sử dụng làm mảnh ghép tim, cấu trúc 3D cho kỹ thuật mô tim. Một mạng lưới cấu trúc nano mạnh mẽ với quan điểm hiệp đồng phát triển các sợi nano có thể cải thiện thêm lĩnh vực tái tạo mơ tim. Những cải tiến nhanh chóng trong kỹ thuật mơ sẽ mang lại những tầm nhìn khác nhau trong việc phát triển các giàn giáo lý tưởng và các quy trình để tạo ra các mơ ghép với các ký tự co bóp thích hợp và tích hợp điện để thay thế cơ tim khơng khỏe mạnh.
Hình 27. Kỹ thuật mô, sủa chữa nội sinh
1.3.4. Sợi nano cho kỹ thuật mô xương
Không giống như các mô mềm trong cơ thể chúng ta, xương là một mô liên kết cứng, cứng và mạnh về mặt vật lý, về mặt vi thể, có chứa một số lượng tương đối nhỏ các tế bào trong ECM dồi dào ở dạng sợi nano collagen và chất nền vô cơ cứng lại, chẳng hạn như hydroxyapatite (HAp). Do đó, ECM xương duy nhất là một hỗn hợp sợi nano vơ cơ-hữu cơ, trong đó các tế bào xương có thể thực hiện tốt các chức năng và vai trò sinh học.
Ghép xương kỹ thuật mơ có thể điều trị các khuyết tật ở xương do chấn thương như nhiễm trùng xương, gãy xương do mất xương hoặc u xương. Ghép xương được định nghĩa là một mảnh xương nhỏ được di dời đến một khu vực khác của khung xương để tăng cường sức mạnh và chức năng của khu vực đó. Ngồi ra, mảnh ghép xương được thu thập từ một xác chết, nhưng thường thì nó được lấy từ cùng một người mà nó sẽ được tuyển dụng.
Kỹ thuật mơ xương liên quan đến vật liệu sinh học, tế bào và các yếu tố điều chỉnh để tạo ra các mảnh ghép xương sinh tổng hợp với q trình kháng hóa hiệu quả để tái tạo xương bị gãy hoặc bị tổn thương. Trong số tất cả các kỹ thuật hiện có để chuẩn bị giàn giáo, kỹ thuật quay điện được ưu tiên hơn cả vì nó có thể tạo ra các cấu trúc nano. Ngồi ra, sợi nano electrospun có các đặc tính độc đáo như tỷ lệ diện tích bề mặt trên thể tích cao, độ xốp, độ ổn định, tính thấm và hình thái tương tự như của ma trận tế bào phụ. Chitosan (CS) có lợi thế đáng kể so với các vật liệu khác và là vật liệu ghép, CS có thể được sử dụng một mình hoặc kết hợp với các vật liệu khác ở dạng sợi nano để cung cấp các dấu hiệu cấu trúc và sinh hóa để tăng tốc tái tạo xương. Do đó, đánh giá này nhằm cung cấp một nghiên cứu chi tiết có sẵn về CS và các vật liệu tổng hợp của nó được điều chế dưới dạng sợi nano, và các đặc tính liên quan của chúng được tìm thấy phù hợp với kỹ thuật mơ xương.
Hình 28. Ghép xương kĩ thuật mô