vật liệu sinh học trong nhãn khoa

Với đề tài tiểu luận “ Vật liệu sinh học trongnhãn khoa”, nhóm sẽ trình bày tất cả các vấn đề liên quan đến nhãn khoa có ứngdụng của vật liệu y sinh, từ cấu tạo chung của mắt, đến các vậ

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ THỰC PHẨM

BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU Y SINH HỌC

TP.HCM, ngày 5 tháng 4 năm 2015

MỤC LỤC

Contents

I Mở đầu: 1

II Nội dung 2

1 Giới thiệu về vật liệu sinh học 2

1.1 Khái niệm 2

1.2 Phân loại 2

2 Cấu tạo chung của mắt 6

2.1 Giác mạc: 7

2.2 Thủy tinh thể: 8

2.3 Cấu trúc võng mạc: 9

3 Vật liệu y sinh học trong nhãn khoa 10

3.1 Các vật liệu y sinh học thay thế trong chữa trị các bệnh về mắt 10

3.2 Cơ chế cấy ghép vật liệu sinh học trong nhãn khoa 17

4 Những nghiên cứu mới về vật liệu sinh học trong nhãn khoa 24

4.1 Nhật tiến hành ca cấy ghép tế bào gốc iPS đầu tiên trên thế giới 24

4.2 Triển vọng về ghép võng mạc điện tử cho người mù 25

4.3 Vật liệu tổng hợp độc đáo dành cho phẫu thuật nhãn khoa 27

III Kết luận 29

IV Tài liệu tham khảo 29

I Mở đầu:

Định nghĩa về vật liệu y sinh được đưa ra cách đây hơn 30 năm Tuy vậy, sảnphẩm của cong nghệ vật liệu y sinh đã được dử dụng từ trước công nguyên , đó làrăng giả, chỉ khâu, vật cố định xương… Cho đến nay, công nghệ vật liệu y sinh đãphát triển mạnh mẽ trên khắp thế giới với tốc độ rất nhanh và phổ ứng dụng ngàycàng rộng Sở dĩ có sự phát triển mạnh mẽ như thế là do nhu cầu cấy ghép vật liệu

và lợi nhuận thu được từ công nghệ này rất lớn Tuy vậy, đến thời điểm nàyngành công nghệ này vẫn chưa đáp ứng đủ nhu cầu của ngành y trong việc cungcấp vật liệu cấy ghép Bởi vì y học hiện đại không chỉ tập trung ào việc chữa cáckhuyết hổng mà còn quan tâm rất nhiều đến khả năng “tái tạo” được khuyết hổngđó

Ở Việt Nam, nhu cầu sử dụng vật liệu y sinh trong cấy ghép là rất lớn Có rấtnhiều loại bệnh, tật, hoặc khuyết tật, khuyết tật bẩm sinh gây hư hại 1 phần hoặctoàn bộ chức năng của mô, cơ quan mà chỉ có cấy ghép mới có thể cứu chữa chongười bệnh Trong khi nguồn hiến tặng rất hiếm mà lại gặp nhiều vấn đề về y đức,nhu cầu sử dụng vật liệu ghép thay thế là rất lớn Riêng đối với lĩnh vực nhãnkhoa, ngành vật liệu y sinh đã đạt được nhiều thành tựu rất đáng chú ý, đem lại hyvọng sáng mắt cho nhiều người Với đề tài tiểu luận “ Vật liệu sinh học trongnhãn khoa”, nhóm sẽ trình bày tất cả các vấn đề liên quan đến nhãn khoa có ứngdụng của vật liệu y sinh, từ cấu tạo chung của mắt, đến các vật liệu đang được sửdụng hiên nay trong nhãn khoa, các bộ phận có thể thay thế của mắt, các bướcphát triển và hướng phát triển hiện nay của vật liệu sinh học trong nhãn khoa

II Nội dung

1 Giới thiệu về vật liệu sinh học

1.1 Khái niệm

Một vật liệu sinh học là bất kỳ chất hoặc hợp chất nào (không phải là thuốc) cónguồn gốc tổng hợp hoặc tự nhiên, được dùng để điều trị, tăng cường hoặc thaythế mô, cơ quan hoặc chức năng của cơ thể (NIH)

Vật liệu sinh học là các vật liệu (tổng hợp và tự nhiên, rắn và lỏng) được sử dụngtrong các thiết bị y học (medical device) hoặc trong tiếp xúc với hệ sinh học(University of Washington Engineered Biomaterials)

Mặc dù các vật liệu sinh học chủ yếu được ứng dụng trong y học nhưng chúngcũng được sử dụng trong nuôi cấy tế bào, xử lý các phân tử sinh học trong côngnghệ sinh học, thủy sản, nông nghiệp…

1.2 Phân loại

Vật liệu sinh học được phân thành: vật liệu sinh học có nguồn gốc sinh học và vậtliệu sinh học tổng hợp

- Vật liệu sinh học có nguồn gốc sinh học: vật liệu mô mềm và mô cứng

- Vật liệu sinh học tổng hợp: kim loại, polymer, gốm, composit

Sự khác biệt giữa vật liệu sinh học có nguồn gốc sinh học và vật liệu sinh họctổng hợp:

Vật liệu sinh học có nguồn gốc sinh học và vật liệu sinh học tổng hợp có các đặctính khác nhau đáng kể Ví dụ, mô gồm nhiều tế bào; kim loại, gốm, polymer thìkhông có tế bào Mô có khả năng tự sửa chữa một phần hoặc toàn bộ; kim loại,gốm, polymer thì không…

Bảng 1.1: So sánh vật liệu sinh học có nguồn gốc sinh học và vật liệu sinh học tổng hợp.

Vật liệu sinh học có nguồn gốc sinh học Vật liệu sinh học tổng hợp

Đẳng hướngĐồng nhấtMềm dẻo, đàn hồiKhông sống

Ví dụ về sự khác nhau giữa mô và vật thay thế mô: thành mạch máu Lót tronglòng mạch máu là các tế bào nội mô Các thành phần cấu trúc chính dưới nội môgồm các tế bào cơ trơn, collagen và elastin Số lượng các thành phần này vàhướng của các sợi phụ thuộc vào vị trí trong mô mạch, loại mạch (động mạch,tĩnh mạch) và kích thước của mạch máu Để thay thế mô phức tạp này, các ốngpolymer polytetrafluoroethylene hoặc poly(ethylene terephthalate) thường được

sử dụng làm vật ghép tổng hợp

Bảng 1.2: Các loại mô và một số vật liệu sinh học được sử dụng để thay thế

Co-Cr-MoAmalgam

Ti

Bảng 1.3 Phân loại vật liệu sinh học theo nguồn gốc:

I Vật liệu sinh học có nguồn gốc sinh

Silicone, Polyurethane (PU), Polytetrafluoroethylene (PTFE)

(Co-Cr-3 Gốm

Alumina (A 1203), Zirconia (Zr02),

Carbon, Hydroxylapatite [CalO( PO&( OH)z], Tricalcium Phosphate [Caj(PO4)2], Bioglass [Na20( CaO)(P203)(Si02)], Calcium Aluminate [Ca(A1204)]

 Yêu cầu

Các vật liệu sinh học phải có các đặc tính đặc biệt như: tính tương hợp sinh học,không sinh khối u, kháng xói mòn, có độc tính thấp Tuy nhiên, tùy thuộc vào ứngdụng, các vật liệu cần đạt các yêu cầu khác nhau Đôi khi, các yêu cầu này ngượcnhau hoàn toàn Ví dụ: trong công nghệ mô xương, khung (scaffold) polymer cần

có khả năng phân hủy sinh học để khi các tế bào tạo ra chất nền ngoại bào củariêng chúng thì vật liệu polymer sẽ được thay thế hoàn toàn Trong van tim cơhọc, các vật liệu cần có tính ổn định sinh học, kháng xói mòn và không phân hủytheo thời gian (tồn tại hơn 20 năm)

Nói chung, các yêu cầu của vật liệu sinh học có thể được phân thành 4 nhóm:1) Tính tương hợp sinh học: vật liệu phải không gây phản ứng không tốt của vậtchủ nhưng kích thích sự hòa hợp mô - vật ghép tốt Sự xuất hiện phản ứng viêm làđiều cần thiết trong tiến trình lành hóa vết thương Tuy nhiên, sự viêm kéo dài cóthể chỉ ra sự hoại tử mô hoặc không có tính tương hợp

2) Có thể khử trùng: vật liệu có thể chịu được sự khử trùng Các kỹ thuật khửtrùng gồm: tia gamma, khí (ethylene oxid) và hấp hơi nước Một số polymer nhưpolyacetal sẽ khử polymer hóa và sinh ra khí độc formaldehyd khi được chiếudưới tia gamma năng lượng cao Do đó, cách tốt nhất để khử trùng các polymernày là khí ethylene oxid

3) Có tính chức năng: Tính có chức năng của một bộ phận giả tùy thuộc vào khảnăng tạo được hình dáng phù hợp với một chức năng đặc biệt Do đó, vật liệu phảiđược tạo hình dáng bằng các quy trình chế tạo công nghệ Sự thành công của stentđộng mạch vành (loại vật liệu y học được sử dụng rộng rãi nhất) được cho là nhờquy trình chế tạo hiệu quả thép từ việc xử lý nhiệt để tăng độ bền của nó

4) Có thể chế tạo: Nhiều vật liệu có tính tương hợp sinh học nhưng trong khâucuối cùng (khâu chế tạo thành công cụ) không thực hiện được

Khi vật ghép tiếp xúc với hệ sinh học, các phản ứng sau được quan sát:

(1) Trong vòng vài giây đầu tiên, các protein từ dịch cơ thể sẽ lắng đọng.Lớp protein này điều hòa nhiều phản ứng của hệ thống tế bào Cấu trúc của cácprotein hấp phụ phụ thuộc vào các đặc tính bề mặt của vật ghép

(2) Mô xung quanh vật ghép phản ứng giống như phản ứng của cơ thể vớitổn thương hoặc nhiễm trùng Do các kích thích cơ học và hoá học, vật ghép cóthể gây ra viêm kéo dài Kết quả là mô hạt hình thành xung quanh vật ghép

(3) Trong suốt quá trình tiếp xúc giữa vật liệu sinh học và cơ thể, môitrường cơ

thể sẽ gây ra sự phân hủy Các quá trình thủy phân và oxid hóa có thể làm mất tính ổn định cơ học và giải phóng các sản phẩm phân hủy.

(4) Kết quả của sự chuyển vận các sản phẩm phân hủy có khả năng hòa tan qua hệ mạch và bạch huyết là phản ứng của toàn cơ thể với vật ghép là không thể tránh khỏi Ngoài ra, sự nhiễm khuẩn của vật ghép cũng được xem là một trở ngại

2 Cấu tạo chung của mắt

Hình 2.1 Cấu tạo mắt người

Mắt là cơ quan thị giác, gồm 2 con mắt có kích thước nhỏ Mỗi con mắt là mộtkhối cầu dai có đường kính chừng 2,5 cm Chức năng của mắt là để xác định cácđối tượng nhìn, tập hợp và hội tụ tia sáng từ đối tượng, sau đó truyền hình ảnh rõnét đến các tế bào nhạy cảm ánh sáng nằm ở đáy mắt, nơi hình ảnh được thu nhận

và bước đầu được xử lý

Hình ảnh sau đó được chuyển tải bởi xung điện dọc theo dây thần kinh thị giác (làdây thần kinh đi từ đáy mắt lên não) Các dây thần kinh thị giác liên kết với nhautrong não bộ cho phép chúng ta nhìn thấy được những hình ảnh kết hợp từ cả haimắt Phần não bộ ghi nhận các tín hiệu thị giác này được gọi là vỏ não thị giác,nằm ở phía sau cùng của não bộ Từ vỏ thị giác, tín hiệu được truyền đến nhiềuphần khác của não Các xung điện ban đầu phải trải qua một quá trình xử lý phứctạp để tạo ra những hình ảnh mà chúng ta nhìn thấy

Mắt cấu tạo gồm cầu mắt và các phần phụ (lông mi, lông mày…) Cầu mắt gồm 3lớp màng:

Màng cứng (giác mạc): phần trong suốt phủ bên ngoài cầu mắt, bảo vệ mắt và choánh sáng xuyên qua, khuếch đại ánh sáng

Màng mạch: chứa sắc tố, tạo ra màu của mắt, phía màng gần giác mạc có lỗ thủnggọi là con ngươi, áp sát con ngươi là lòng đen Nằm sau con ngươi là thủy tinh thể

Giác mạc bao gồm năm lớp:

- Lớp biểu mô giác mạc

Viêm giác mạc

Nhiễm trùng giác mạc, hay viêm giác mạc, là nguyên nhân phổ biến dẫn đến ghépgiác mạc Nhiễm trùng có thể bao gồm vi khuẩn, nấm hoặc amip trong tự nhiên.Nếu tình trạng loét giác mạc nghiêm trọng và sẹo giác mạc gây ảnh hưởng đến độtrong của giác mạc và thị lực thì cần phải ghép giác mạc

Giác mạc hình chóp (Keratoconus)

Giác mạc hình chóp là một chứng rối loạn của giác mạc làm cho giác mạc dần dầntrở nên mỏng đi Giác mạc bị mỏng đi sẽ phình ra trước và trở thành hình chóp,làm thay đổi trong khả năng khúc xạ của mắt Tình trạng này đặc biệt làm tăng độloạn thị và dẫn đến thị lực kém Trong giai đoạn đầu, bệnh có thể được điều trịbằng kính sát tròng cứng Tuy nhiên nếu kính sát tròng không được dung nạp thìcần phải ghép giác mạc

Loạn dưỡng nội mô giác mạc dạng Fuch

Trong giai đoạn đầu của bệnh, tầm nhìn bị mờ nhưng càng ngày càng cải thiện.Nhưng trong giai đoạn sau, chứng loạn dưỡng nội mô giác mạc dạng Fuch có thểgây ra sưng, làm méo mó tầm nhìn và đau Tình trạng này ảnh hưởng đến độtrong của giác mạc và trong những trường hợp nghiêm trọng, cần phải ghép giácmạc để phục hồi thị lực

Loạn dưỡng giác mạc kiểu hàng rào

Đây là sự tích tụ của các sợi protein bất thường trong lớp giữa của giác mạc làmđục tầm nhìn Nếu sự tích tụ protein này xảy ra ở lớp ngoài cùng của giác mạc,giác mạc có thể bị mòn Các phương pháp điều trị y tế như thuốc nhỏ mắt hoặckính sát tròng mềm có thể giúp ích nhưng trong những trường hợp nghiêm trọng,

có thể cần phải ghép giác mạc

2.2 Thủy tinh thể:

Thể thuỷ tinh là một thấu kính trong suốt hai mặt lồi được treo cố định vào vùngthể mi nhờ các dây Zinn Thể thuỷ tinh dày khoảng 4mm đường kính 8-10mm bánkính độ cong của mặt trước là 10mm, mặt sau là 6mm Công suất quang học là20-22D

Thể thuỷ tinh có 2 mặt trước và sau, nơi hai mặt này gặp nhau gọi là xích đạo.Mặt trước tiếp giáp với mặt sau của mống mắt, mặt sau tiếp giáp với màng dịchkính Xích đạo thể thuỷ tinh cách thể mi khoảng 0,5 mm, ở đây có các dây chằngtrong suốt nối liền từ bờ ngoài thể thuỷ tinh đến thể mi gọi là các dây chằng Zinn

có tác dụng giữ thể thuỷ tinh tại chỗ và truyền các hoạt động của cơ thể mi đếnmàng bọc thể thuỷ tinh

Công suất hội tụ của thể thủy tinh có vai trò quan trọng trong hệ thống khúc xạ,giúp tiêu điểm ảnh hội tụ đúng trên võng mạc khi nhìn xa Khả năng thay đổi độdày của thể thuỷ tinh gọi là sự điều tiết có tác dụng giúp mắt nhìn rõ những vật ởgần

Một số bệnh phổ biến:

- Đục thủy tinh thể: Bệnh đục thủy tinh thể (cataract) là một trong những nguyênnhân hàng đầu gây mù trên thế giới và ở Việt Nam, bệnh thương gặp ở ngườitrên 50 tuổi, là hiện tượng đục mờ thủy tinh thể Sự đục mờ này ngăn khôngcho tia sáng lọt qua, kết quả là võng mạc không thu được hình ảnh và thị lựcbệnh nhân suy giảm dẫn đến mù lòa.

- Tật khúc xạ: cận thị, viễn thị, loạn thị, lão thị

2.3 Cấu trúc võng mạc:

Võng mạc được cấu tạo bởi mười lớp Lớp ngoài cùng chứa sắc tố và vitamin A.Sắc tố có vai trò ngăn cản sự phản chiếu ánh sáng trong toàn nhãn cầu, sẽ khiếncho hình ảnh sẽ bị mờ Vitamin A rất cần thiết để thành lập quang sắc tố

Võng mạc có 4 lớp tế bào:

Lớp biểu mô sắc tố: chỉ gồm 1 lớp tế bào nằm sát mạch mạc Những tế bào nàydẹt hình lục giác, nhân nhỏ, bào tương có nhiều sắc tố ở mặt đáy của tế bào cónhững dải bào tương kéo dài tạo nên những tua sợi dài độ 5

Lớp tế bào thị giác: đây là những tế bào cảm giác Cực ngoài của các tế bào nàybiệt hoá thành một cơ quan thụ cảm ánh sáng (photorécepxeur) vùi trong các tuasợi của lớp biểu mô sắc tố Cực trong của các tế bào này nối với những tế bào haicực Có 2 loại tế bào cảm thụ ánh sáng là tế bào nón và tế bào que Tế bào nóngiúp chúng ta nhận thức tinh tế hình ảnh của vật trong điều kiện có đầy đủ ánh

sáng, tế bào này cũng giúp chúng ta cảm nhận được màu sắc Tế bào que giúp tanhìn được trong điều kiện ánh áng yếu.

Hoạt động sinh lý của tế bào nón và tế bào que là nhờ tác dụng của các chất hoáhọc như Iodopsin trong tế bào nón và Rhodopsin trong tế bào que

Rhodopsin tối  Rétinen + Protein

Iodopsin sáng  Vitamin A + Protein

Sự phân bố của tế bào nón và tế bào que không đồng đều ở võng mạc Tế bào nónchủ yếu nằm ở vùng võng mạc trung tâm và càng ra phía ngoại vi càng giảm dần

Tế bào que nằm chủ yếu ở võng mạc ngoại vi

Lớp tế bào 2 cực: có nhiệm vụ dẫn truyền xung động thần kinh từ các tế bào cảmthụ ánh sáng đến các tế bào hạch Có hai loại tế bào là tế bào hai cực đa sy-nápnhận xung động từ nhiều tế bào thị giác và tế bào hai cực đơn sy-náp chỉ nhậnxung động từ một tế bào thị giác

Lớp tế bào hạch hay tế bào đa cực: là những tế bào khá to, kích thước 20 - 30.Mỗi tế bào có nhiều tua gai tiếp xúc với các tế bào hai cực, riêng ở vùng hoàngđiểm mỗi tế bào đa cực chỉ tiếp nối với một tế bào hai cực đơn sy-náp Mỗi tế bàohạch đều có một sợi trục rất dài, tất cả các sợi trục đều hướng về phía gai thị đểtạo nên dây thần kinh thị giác

Một số bệnh về giác mạc cần ghép giác mạc nhân tạo:

- Bệnh thoái hóa sắc tố võng mạc: là bệnh di truyền, có triệu chứng nhìn kémtrong ánh sáng yếu Việc điều trị bệnh thoái hóa sắc tố võng mạc hiện đang gặpnhiều khó khăn do đây là bệnh nặng, có tính bẩm sinh, di truyền Mọi sự canthiệp của y học cũng chỉ mang tính chất điều trị triệu chứng, hy vọng làm chậm

sự tiến triển của bệnh Hy vọng duy nhất cho người bệnh là hướng nghiên cứucấy vi mạch lên võng mạc hoặc tái tạo võng mạc tổn thương từ tế bào gốc

- Mù bẩm sinh do bất thường ở các tế bào cảm thụ ánh sáng (tế bào que hoặc tếbào nón)

3 Vật liệu y sinh học trong nhãn khoa

3.1 Các vật liệu y sinh học thay thế trong chữa trị các bệnh về mắt

3.1.1 Kính sát tròng:

Kính sát tròng là những đĩa nhựa cong, mỏng được thiết kế để bao phủ lấy giácmạc của mắt Chúng điều chỉnh đường ánh sáng đi vào mắt bằng cách cải thiệncách ánh sáng tập trung lên võng mạc Sức căng bề mặt cho phép kính sát tròngbám vào lớp màng mỏng của nước mắt trên giác mạc

Ngoài chức năng điều chỉnh thị lực, các loại kính sát tròng màu đặc biệt còn giúpthay đổi màu sắc của mắt nhằm mục đích thẩm mỹ

Một lợi thế của kính sát tròng là nó cho tầm nhìn ngoại vi tối đa, đặc biệt hữu íchkhi chơi thể thao và vận động Kính sát tròng còn rất hữu ích trong việc điềuchỉnh thị lực khi độ của hai mắt khác nhau

Hầu hết những người có thị lực không tốt đều có thể đeo kính áp tròng Tuynhiên, một tỷ lệ nhỏ bị khô mắt, thường hay nhiễm trùng mắt hoặc dị ứng nặng cóthể không thích hợp với đeo kính sát tròng

 Các loại kính sát tròng

Kính PMMA

\Kính PMMA là kính sát tròng loại cứng, làm bằng nhựa PMMA Loại này khôngcho phép oxy tiếp xúc trực tiếp với giác mạc, nhưng khi kính di chuyển khi nhấpnháy mắt, nước mắt sẽ mang oxy hòa tan đến giác mạc Loại này rất bền và có thể

sử dụng lâu dài Hiện không còn bán trên thị trường

Kính cứng thẩm khí (Kính sát tròng ‘nửa-cứng’)

Kính sát tròng cứng thẩm khí là loại mới hơn của kính sát tròng bằng nhựa cứng,cho phép oxy thẩm thấu trực tiếp qua kính vào mắt Loại này mặc dù kém bềnhơn so với kính PMMA nhưng thoải mái hơn Một số kính sát tròng thẩm khí cóthể dùng được trong một thời gian dài

So với kính mềm, kính sát tròng loại ‘nửa-cứng’ cần thời gian để làm quen nhưnglại ít bị tích tụ chất lắng Chúng đảm bảo chất lượng tầm nhìn tốt với ít nguy cơbiến chứng do kính sát tròng như nhiễm trùng mắt hơn

Kính mềm là một trong những loại kính sát tròng phổ biến nhất ở Singapore vìchúng rất tiện lợi, thoải mái và cho người dung sự thuận tiện lớn Một số loại kínhsát tròng mềm có thể đeo được trong thời gian dài hơn so với các kính cứng,nhưng bạn vẫn không nên đeo chúng qua đêm vì như vậy sẽ làm tăng nguy cơnhiễm trùng giác mạc.

Kính sát tròng mềm dùng một lần

Kính sát tròng mềm dùng một lần có thể được bỏ đi và thay thế hàng ngày, hàngtuần hoặc hai tuần một lần ngày càng trở nên phổ biến vì sự thuận tiện và an toàncủa chúng Bằng cách thay kính thường xuyên, khả năng xảy ra các phản ứng dịứng và tích tụ chất lắng sẽ giảm xuống

Kính sát tròng hình xuyến

Kính sát tròng hình xuyến giúp điều chỉnh chứng loạn thị Chúng có cả dạng cứng

và mềm

3.1.2 Giác mạc

3.1.2.1 Giác mạc có nguồn gốc sinh học

Gồm có nguồn hiến tặng và nguồn tế bào gốc

 Nuôi cấy giác mạc từ tế bào gốc

Vùng rìa giác mạc là chỗ nối tiếp giữa giác mạc trong suốt ở phía trước và củngmạc trắng đục ở phía sau Biểu mô vùng rìa gồm 710 hàng tế bào lớp Lớp tế bàođáy của biểu mô hình trụ và có khả năng phân chia Những tế bào này được gọi là

tế bào gốc của biểu mô giác mạc khi soi vùng rìa bằng kính hiển vi thấy các khíadọc xếp theo hình nan hoa, đục hơn tổ chức bao quanh gọi là hàng rào Vogt Hàngrào Vogt là nơi tập trung nhiều sắc tố của vùng rìa và được coi là biểu hiện lâmsàng của sự toàn vẹn các tế bào gốc của biểu mô giác mạc Sự tồn tại và phát triểncủa tế bào gốc còn phụ thuộc vào nhu mô vùng rìa Nhu mô vùng rìa được coinhư môi trường có thể ức chế hoặc kích thích sự tang trưởng của các tế bào gốcbiểu mô

Hình 3.1 Các loại tế bào vùng rìa giác mạcTrong cơ thể người, biểu mô giác mạc luôn được đổi mới Các tế bào gốc vùng rìaphân chia và biệt hóa để bù lại về mặt số lượng và chất lượng các tế bào đã mất

đi Tế bào gốc biểu mô giác mạc là các tế bào hình trụ, nằm ngay trên màng đáycủa lớp biểu mô vùng rìa, có khả năng phân chia mạnh Từ cuối thập kỷ 80, sự tồntại của tế bào gốc của biểu mô giác mạc đã được nhiều nhà nhãn khoa trên thếgiới nêu ra và nghiên cứu chứng minh sự tồn tại đáo bằng các phương pháp khácnhau Davanger và Evansen (1971) là những người đầu tiên mô tả đặc điểm củacác tế bào biểu mô vùng rìa giác mạc Sau đó nhiều công trình nghiên cứu khoahọc cơ bản đã được tiến hành chứng minh sự tồn tại của tế bào gốc giác mạc Vớiphương pháp đánh dấu tế bào bằng đồng vị phóng xạ, nhiều tác giả đã chứngminh hoạt động giảm phân và biệt hóa tế bào xảy ra tại vùng rìa Mặt khác, tế bàobiểu mô giác mạc chứa các loại keratin khác nhau tùy theo mức độ biệt hóa của tếbào Sự có mặt của keratin 3 và keratin 12 chứng tỏ mức độ biệt hóa cao của tếbào biểu mô giác mạc Các loại keratin này không bao giờ thấy ở tế bào đáy thuộcvùng rìa Tính chất này phù hợp với tính chất của tế bào gốc Sự biểu mô hóa bắtđầu từ phía chu vi giác mạc, có xu hướng về phía trung tâm giác mạc

Bình thường, kiểu hình biểu mô giác mạc được duy trì nhờ sự cân bằng của những

tế bào biểu mô bị bong ra trên bề mặt và sự thay thế do giảm phân của tế bào lớpđáy biểu mô và sự di cư về phía trung tâm giác mạc của những tế bào đáy đượcsinh ra từ những tế bào gốc trong vùng rìa giác mạc

Chức năng của tế bào gốc vùng rìa đó được nhiều nhà nhãn khoa nghiên cứu vàkết luận có 3 chức năng cơ bản: Bù đắp về mặt số lượng tế bào biểu mô giác mạc;Biệt hóa thàh tế bào biểu mô giác mạc với chức năng và cấu trúc của tế bào biểu

mô trưởng thành; Ngăn chặn không cho biểu mô kết mạc xâm lấn lên bề mặt giácmạc những tế bào đó đóng vai trò rất quan trọng trong quá trình tái tạo sinh lý vàtrong quá trình tái tạo phục hồi sau tổn thương biểu mô giác mạc

3.1.2.2 Giác mạc nhân tạo tổng hợp

- Vật liệu polymer: Giác mạc dùng cho bệnh nhân không thích ứng được làmbằng vật liệu polymer, có tính chống nước Nó có một lớp phủ ngoài và một màngxúc giác hóa học, giúp thúc đẩy sự phát triển của các tế bào và cho phép chúnglưu trú tại những mô tế bào Diện tích bề mặt quang học cũng được cải thiện đểánh sáng có thể xuyên qua một cách tốt hơn, và kết quả là một giác mạc nhân tạovừa giúp nhìn tốt hơn, vừa giúp tránh được các hiện tượng nhiễm trùng đã ra đời

- Vật liệu plastic: Loại giác mạc nhân tạo này phải đáp ứng với những điều kiện

kỹ thuật trái ngược: Một mặt, vật liệu phải sinh trưởng một cách vững chắc vớicác tế bào của mô bao xung quanh, mặt khác phải không có tế bào nào sinhtrưởng ở trong vùng thị giác của giác mạc nhân tạo: ví dụ ở chính giữa, vì nó sẽlại làm suy yếu mạnh thị lực Phía mặt ngoài của mô cấy phải có khả năng giữ ẩmbằng nước mắt, nếu không mô cấy sẽ bị mờ ở mặt trước khiến cho bệnh nhân phảiđược thay mắt giả mới sau một khoảng thời gian tương đối ngắn Ngoài ra, phíabên ngoài của mô cấy phải được làm ẩm bằng nước mắt để cho mi mắt có thểtrượt qua nó mà không bị ma sát.Vật liệu này từ lâu đã được sử dụng trong ykhoa, ví dụ cho các mắt kính áp tròng Để nó thỏa mãn với các tính chất cần thiết,nhóm nghiên cứu đã thực hiện một bước phát triển phức hợp Vật liệu này đãđược cải tiến hoàn toàn trên một nền tảng hóa học polime và hệ quả là được táithử nghiệm để đạt được sự chấp nhận sử dụng rộng rãi

3.1.3 Võng mạc

3.1.3.1 Vật liệu có nguồn gốc sinh học

- Tế bào gốc đa năng (iPS): là các tế bào trươg3 thành đã được biến đổi trở lạithành tế bào gốc và từ các tế bào này có thể chuyển hóa thành hơn 200 loại tếbào khác nhau Nhóm nghiên cứu đến từ viện Johns Hopkins đã lập trình chocác tế bào gốc này để chúng phát triển thành các tế bào tiền võng mạc với cáchthức và tỉ lệ tương tự như trong phôi người Khi phát triển, chúng phân hoáthành 7 loại tế bào khác nhau tạo nên võng mạc và tự tổ chức thành các cấutrúc ngoài dạng 3 chiều cần thiết cho hoạt động của các cảm thụ quan Khivõng mạc đạt 28 tuần tuổi, các nhà nghiên cứu đã kết nối các tế bào cảm thụquan ánh sáng với điện cực và truyền các xung ánh sáng vào chúng Theonhóm nghiên cứu, các tế bào đã thể hiện các phản ứng quang hoá tương tựvõng mạc bình thường, đặc biệt là các tế bào hình que - thành phần chủ yếu cấutạo nên các cảm thụ quan ánh sáng Tuy nhiên, cấu trúc võng mạc vẫn chưahoàn chỉnh, không có khả năng tái tạo hình ảnh và không có cách nào để võngmạc nhân tạo có thể kết nối với vỏ não thị giác