Chủ đề y sinh học tái tạo mô tim mạch

CẤU TRÚC ĐẢM BẢO TUẦN HOÀN MÁU CHỈ THEO MỘT CHIỀU Cấu trúc mảnh, mềm, lá van tim, dây chằng, cột cơ Tâm nhĩ  tâm thất  ra khỏi tim CÓ 4 VAN TIM CHÍNH, CHIA THÀNH 2 LOẠI Atrioventricular (AV) valves: Van nhĩ thất Semilunar (SL) valves: Van hình bán nguyệt

CHỦ ĐỀ: Y SINH HỌC TÁI TẠO MÔ TIM, MẠCH

MỤC LỤC

• Tìm hiểu về van tim và Các bệnh lý cần thay van tim

• Sinh học tái tạo

• Y sinh học tái tạo mô van tim

Cảm ứng hóa chất

Cấy ghép tế bào

Kỹ nghệ mô

TÌM HIỂU VỀ VAN TIM

• CẤU TRÚC ĐẢM BẢO TUẦN HOÀN MÁU CHỈ THEO MỘT CHIỀU

o Cấu trúc mảnh, mềm, lá van tim, dây chằng, cột cơ

o Tâm nhĩ  tâm thất  ra khỏi tim

• CÓ 4 VAN TIM CHÍNH, CHIA THÀNH 2 LOẠI

o Atrioventricular (AV) valves: Van nhĩ thất

o Semilunar (SL) valves: Van hình bán nguyệt

TÌM HIỂU VỀ VAN TIM

• ATRIOVENTRICULAR (AV) VALVES

o Hai valve tại mối nối tâm nhĩ – tâm thất: ngăn dòng máu chảy ngược

o Van AV phải là tricuspid valve

o Van AV trái là mitral valve

o Gắn với nắp van AV là sợi collagen

TÌM HIỂU VỀ VAN TIM

TÌM HIỂU VỀ VAN TIM

CẤU TẠO

TÌM HIỂU VỀ VAN TIM

• CẤU TRÚC HIỂN VI & CHỨC NĂNG

o Cấu trúc hiển vi tương đồng

o Van tim là mô quan trọng và linh động gồm các tế bào chuyên biệt và chất nền ngoại bào (ECM)

o Van động mạch chủ (Aortic valve) là mô hình điển hình

• THÀNH PHẦN CỦA VAN TIM

Thành phần Cấu trúc Chức năng

Chất nền ngoại bào Collagen Cung cấp sức mạnh và độ cứng để duy trì coaptation

trong tâm trương, khi chỏm có diện tích tối đa

Elastin Kéo dài trong tâm trương; hợp đồng trong tâm thu để

giảm thiểu diện tích đỉnh Glycosaminoglycans Điều tiết hình dạng lớp cuspal, đệm sốc trong chu kì

hoạt động van tim

Tế bào Kẽ Tổng hợp ECM; biểu hiện MMPs và TIMPs giúp sửa

chữa môi trường chất nền Nội mô Duy trì chống đông máu; điều hòa các phản ứng miễn

dịch và viêm

Mạch máu Rất ít; chỏm và lá đủ mỏng để được nuôi dưỡng bằng

cách khuếch tán từ máu của tim

Các dây thần kinh Hiện nay, với chức năng không chắc chắn

Thành phần khác Corrugations Nếp gấp Accordian-like trong chỏm; cho phép hình

dạng và kích thước cuspal thay đổi theo chu kỳ tim

Crimp Gấp sợi collagen vi mô, cho phép kéo dài mô giảm thiểu

áp lực Anisotropy Cho phép thay đổi hướng và mở rộng chu vi Cords Liên kết collagen vĩ mô; chuyển lực từ chỏm đến thành

động mạch chủ

Hình 1: Cấu trúc và chức năng của van động mạch chủ ở vĩ mô và vi mô

(A) Van động mạch chủ ở vị trí mở và đóng.

(B) Sơ đồ lớp cấu trúc van động mạch chủ với cấu hình của collagen và elastin trong tâm thu và tâm trương.

(C) Cấu trúc tế bào và ECM với sự hiện diện của các tế bào nội mô và tế bào kẽ van tim

(D) Cấu trúc mô với sự phân chia ba lớp tế bào: ventricularis, spongiosa và fibrosa; VIC: mũi tên Dòng máu từ trên xuống Độ phóng đại 100x Nhuộm hematoxylin và eosin.

SINH HỌC TÁI TẠO

VAN TIM

embryonic progenitor endothelial/mesenchymal cells

quiescent VICs (qVICs) activated VICs (aVICs) progenitor VICs (pVICs) osteoblastic VICs (obVICs)

Cell type Location Function

Give rise to resident qVICs, possibly through an activated stage EMT can be detected by the loss of endothelial and the gain of mesenchymal markers

leaflet Maintain physiologic valve structure and function and inhibit angiogenesis in the leaflets

pVICs Bone marrow,

circulation, and/or heart valve leaflet

Enter valve or are resident in valve to provide aVICs

to repair the heart valve

aVICs Heart valve

leaflet Activated cellular repair processes including proliferation, migration, and matrix remodeling

Respond to valve injury attributable to pathological conditions and abnormal hemodynamic/mechanical forces

obVICs Heart valve

leaflet Calcification, chondrogenesis, and osteogenesis in the heart valve Secrete alkaline phosphatase,

osteocalcin, osteopontin, bone sialoprotein

Figure 1

The American Journal of Pathology 2007 171, 1407-1418DOI: (10.2353/ajpath.2007.070251) 

qVICs : VIC quiescen

aVICs: VIC Activated

pVICs: VIC progenitor

obVICs: VIC osteoblastic

+ VIC duy trì cấu trúc bình thường của van + VIC bị kích hoạt để điều chỉnh sửa chữa van

Figure 3

Trong van bị thương hoặc bị bệnh, tín hiệu tế bào thúc đẩy qVICs để trở thành aVICs

LIỆU PHÁP CẢM ỨNG HÓA CHẤT

CÁC ENZYME CHỐNG OXY HÓA GIẢM THIỆT HẠI DNA VÀ KÍCH HOẠT SỚM TẾ BÀO KẼ Ở VÙNG VAN ĐỘNG MẠCH BỊ XƠ CỨNG

NỘI DUNG CHÍNH

I Giới thiệu chung CAVD

II Liệu pháp tái tạo

các enzym chống oxi hóa giảm thiệt hại DNA

và kích hoạt sớm tế bào kẽ ở vùng van động

mạch bị xơ cứng

IV Kết luận

1 Bệnh vôi hóa van động mạch chủ (CAVD -

calcific aortic valve

diease)

Là bệnh thường gặp ở

người cao tuổi, không phải

là một hệ quả tất yếu của quá trình lão hóa.

Lổ van hẹp dần.

I Giới thiệu chung

• Giai đoạn không triệu chứng CAVD: dày nhẹ

của chỏm, không ảnh hưởng đến thành phần của van, còn gọi là xơ cứng động mạch chủ van (AVSC- calcific aortic valve slerocis)

• Giai đoạn đa xơ hóa (CAVD) và sự chuyển động của các lá van giảm, dễ tạo huyết khối.

GIAI ĐOẠN CỦA CAVD

II CÁC ENZYME CHỐNG OXY HÓA GIẢM THIỆT HẠI DNA VÀ KÍCH HOẠT SỚM TẾ BÀO KẼ Ở VÙNG VAN ĐỘNG MẠCH BỊ XƠ CỨNG

B1 Cung cấp bằng chứng ROS thúc đẩy thiệt hại

DNA ở VIC.

B2 Phân tích relocalization subnuclear protein

γH2AX, MRE11, và XRCC1 trong ổ sửa chữa.

B3 Thử nghiệm khả năng của ROS để tạo ra các biểu hiện của dấu osteogenic đầu như RUNX2 và MSX2 và vôi hóa in vitro.

B4.Sử dụng tải nạp adenovirus của SOD3 và

CATthử nghiệm khả năng bảo vệ VIC của các enzym trước thiệt hại DNA và quan sát sự thay đổi kiểu hình

Thí nghiệm minh chứng cho liệu pháp

AVC ( aortic valve calcification):

vôi hóa van ĐMC AVSc( aortic valve sclerosis): xơ

cứng van ĐMC AVS( aortic valve stenosis): hẹp

van ĐMC

Mức độ peroxynitrite các tế bào từ AVC, AVSc, AVS cao hơn trong vôi hóa-hẹp (13,2 ± 0,3 lần) và xơ cứng mô van động mạch chủ noncalcified (14,9 ± 0,5 lần) so với các điều khiển

Kiểm tra

mức độ peroxynitrite

Phân tích những biểu hiện của SOD kẽm đồng (SOD1), mangan SOD (SOD2), SOD ngoại bào (SOD3), và CAT

• )

+ SOD t ng s ho t đ ng ổ ố ạ ộ

đã đ ượ c gi m b nh nhân ả ở ệ

x c ng và h p ơ ứ ẹ + Ho t đ ng CAT đã đ ạ ộ ượ c

ch y u ủ ế giảm b nh nhân ở ệ

AVS (P <0,05)

Kết luận 1

• Thiếu chất oxi hóa  tăng ROS Khi ROS tăng quá mức  hư hại DNA  rối loạn chức năng của van tim.

• Stress oxi hóa tích tụ  tăng sản xuất enzym chống oxi hóa và tăng hư hại DNA ở giai đoạn sớm của bệnh

Phân lập

VICs

Cho VICs tiếp xúc H2O2 (0,1-1 mmol / L),

Phân tích

TN 2: KIỂM TRA PHẢN ỨNG CỦA CIVs VỚI CÁC HƯ HẠI DNA

AVC ( aortic valve calcification): vôi hóa van ĐMC AVSc( aortic valve sclerosis): xơ cứng van ĐMC AVS( aortic valve stenosis): hẹp van ĐMC

Kết quả TN

GAPDH được sử dụng như ‘‘tải kiểm soát’’

U: tế bào không được điều trị (p<0.05)

Kết luận: DDR suy yếu trong VICs ở AVSC và AVS

Thử nghiệm colocalization subnuclear của enzyme DDR bổ sung: MRE11 và XRCC1

VIC bắt nguồn từ những điều khiển hiển thị một phản ứng tương tự như

của γH2AX

Kiểm tra sự bền vững hoạt tính của γH2AX foci là kết quả của một sự tích lũy lớn hơn thiệt hại DNA trong VIC ở AVSC hoặc chậm trễ trong các cơ chế cơ chế sữa chữa

Thử nghiệm mức độ phân mảnh DNA và apoptosis sau điều trị H2O2 1 mmol/L

Stress oxi hóa điều biến VICs ở AVSc qua con đường tín hiệu

• stress oxi hóa  sự tích tụ nhanh chóng của

subnuclear γH2AX, MRE11, và protein XRCC1 ở VIC người

• Sau điều trị ROS  duy trì photphoryl hóa H2AX tức là có sự thay đổi DDR.

Kết luận 2

 Hoạt động của SOD và CAT tăng lên tại VIC tải nạp

Adenoviral Transduction of Antioxidant Enzymes (SOD3 and CAT) Rescues VICs From an Impaired DDR and Reduces the Expression of Early Markers of VICs Activation

Ad-SOD3 and Ad-CAT are able to rescue VICs from an impaired DDR (decrease in the expression of γH2AX)

• H2O2-induced hoạt hóa con đường tín hiệu AKT biểu hiện RUNX2 và vôi hóa trong tế bào cơ trơn mạch máu

• Qua trung gian ROS, kích hoạt VICs thông qua tải nạp SOD3 và CAT Hay VICs được kích hoạt lại

nhờ enzym chống oxi hóa.

Kết luận 3

III KẾT LUẬN

kích hoạt sớm VICs giúp tái khôi phục cấu trúc và chức năng của các tế bào van tại vùng xơ hóa của van động mạch chủ.

KĨ NGHỆ MÔ VAN TIM

• Van tim thay thế đầy đủ chức năng là

một thách thức trong kĩ nghệ mô

• Kiểm soát chức năng tế bào, tương thích

với vật liệu giàn giáo

• Không huyết khối, không đáp ứng miễn

dịch, tăng trưởng và sửa chữa

• Dựa vào nghiên cứu lâm sàng để tạo ra

van tim giống với tự nhiên nhất

• ABSTRACT

o Van hiến tặng hạn chế và van xenogenic liên quan vấn đề miễn dịch

o Biến chứng thay thế van hiện nay lên đến 50%, sử dụng 12 năm cùng những hạn chế

o Chế tạo thành công Decellularized Tissue Engineered Heart Valve -

dTEHV in vitro dựa trên Vật liệu sinh học tổng hợp tự hủy

(biodegradable) và tế bào thành mạch của người.

o Khảo sát khả năng tái tạo quần thể tế bào chủ trên dTEHV ở mô hình linh trưởng không phải người, trong 8 tuần.

o Kết quả: phát hiện lá van suy nhẹ nhưng tế bào tăng sinh nhanh chóng

o Vật liệu vượt qua những giới hạn của thay van đồng loài: không gây đáp ứng miễn dịch và cấu trúc thay thế off-the-shelf

KĨ NGHỆ MÔ VAN TIM

• KẾT LUẬN

o Ưu điểm của công nghệ dTEHV:

i) Cung cấp cấu trúc thay thế đồng loài loại nguy cơ lây bệnh từ động vật

ii) Human cell-derived starter matric để tái sinh mô và tăng quần thể tế bào

iii) Có thể sản xuất thương mại

o Nghiên cứu sử dụng kết hợp kĩ thuật cấy ghép ít xâm lấn nhất trên

mô hình linh trưởng không phải con người giúp hiển thị phù hợp

và tiên đoán như là tiền lâm sàng – bước quan trọng để ứng dụng

Kỹ nghệ mô trong lâm sàng.

KĨ NGHỆ MÔ VAN TIM

Nguyên bào sợi

Tế bào màng ối (tế bào gốc tiền thân)

Tế bào gốc trung mô -

MSC

Tế bào tự

thân

Ko gây đáp ứng miễn dịch

Thời gian, kĩ thuật, nguồn từ

tế bào bị bệnh

Tế bào được hiến

Dồi dào, nguồn gốc tế bào khỏe

Vấn đề đáp ứng miễn dịch

NGUỒN TẾ BÀO

• SỬ DỤNG TẾ BÀO GỐC TRUNG MÔ - MSC

NGUỒN TẾ BÀO

VAN LOẠI

BỎ TẾ BÀO

POLYMER SINH HỌC

POLYMER TỔNG HỢP

VẬT LIỆU GIÀN GIÁO (SCAFFOLD)

• ĐIỀU KIỆN

mô

suy thoái

VẬT LIỆU GIÀN GIÁO (SCAFFOLD)

NGUYÊN

LIỆU

- Van người, lợn loại tế bào bằng chất tẩy rửa như Natri lauryl sulfat

- Chọn lọc muối, làm khung mẫu

- Polyeste béo, poly hydroxyalkanoates

- Môi trường thuận lợi tái tạo mô

- Đặc tính như van

tự nhiên

- Dễ dàng sửa thành hình dạng mong muốn

- Xốp, mạng lưới liên kết tế bào

- Phân hủy nhanh

- Tính kháng nguyên thấp

- Gia tăng tạo mô sẹo

- Độ dày, độ cứng, không dẻo

- Phân hủy chậm

- Thiếu tương thích sinh học, tín hiệu

- Không chịu cơ học

- Thúc đẩy vôi hóa

BIOREACTOR

• RÈN LUYỆN MÔ VAN TIM NHÂN TẠO

TÀI LIỆU THAM KHẢO