Tài liệu VẬT LIỆU SINH HỌC TRONG CHỮA TRỊ XƠ VỮA ĐỘNG MẠCH pptx

Bệnh tim mạch có nhiều loại như bệnh mạch vành, tai biến mạch máu não, bệnh động mạch ngoại vi, bệnh thấp tim, tim bẩm sinh… Tuy nhiên, bệnh tim mạch có thể chia thành 3 loại theo mô đíc

MÔN HỌC:

CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU Y SINH HỌC

VẬT LIỆU SINH HỌC VÀ ỨNG DỤNG

(Dành cho sinh viên năm 4)

VẬT LIỆU SINH HỌC TRONG CHỮA TRỊ

XƠ VỮA ĐỘNG MẠCH

I Giới thiệu chung về xơ vữa động mạch

Bệnh tim mạch là tên giết người hàng đầu trên toàn thế giới Từ năm 2004, thế giới đã

có 17,1 triệu người chết (chiếm 29% các ca tử vong) Trong đó 7,2 triệu người chết về bệnh mạch vành, 5,7 triệu người chết vì tai biến mạch máu não

Bệnh tim mạch có nhiều loại như bệnh mạch vành, tai biến mạch máu não, bệnh động mạch ngoại vi, bệnh thấp tim, tim bẩm sinh… Tuy nhiên, bệnh tim mạch có thể chia thành 3 loại theo mô đích mà chúng tác động: bệnh tim, bệnh mạch máu, bệnh van

Bệnh cơ tim là hiện tượng mất chức năng một phần hay toàn phần tim Hiện tượng này xãy

ra khi mạch máu nuôi tim tắc nghẽn, bệnh tim bẩm sinh… Căn bệnh này làm cho lượng máu từ tim đi nuôi cơ thề giảm mạnh

Đối với van tim, bệnh thường gặp nhất là hở van Van tim có chức năng duy trì dòng máu chảy theo một chiều thông qua hoạt động đóng mở Mỗi van thường có nhiều hơn 2 lá van, khi các là van này đóng không chặt với nhau, một lượng máu sẽ di chuyển ngược chiều Điều này làm giảm lượng máu đi nuôi cơ thể

Bệnh mạch máu là những căn bệnh liên quan đến mạch máu như là bệnh xơ vữa động mạch, bệnh phù mạch Những căn bệnh về mạch máu đều rất nguy hiểm đối với bệnh nhân Khi mạch máu vỡ hoặc tắc nghẽn có thể dẫn đến tử vong, bại liệt…Hàng năm trên thế giới

có khoảng rật nhiều người tử vong vì nhồi máu cơ tim và đột quỵ Đây là hai trong những bệnh gây tử vong hàng đầu hiện nay và đều xuất phát từ một nguyên nhân, đó là chứng huyết khối do xơ vữa động mạch (atherosclerosis) Ngày nay, cùng với chế độ ăn giàu chất

béo, lười vận động, căn bệnh này có xu hướng ngày càng gia tăng trên toàn thế giới và là nguyên nhân hàng đầu gây chết người

II Cấu tạo động mạch

Trong cơ thể, mạch máu được chia

làm 3 loại: động mạch, tĩnh mạch,

mao mạch Mao mạch có cấu tạo đơn

giản nhất bao gồm một hay nhiều lớp

nội mô Động mạch và tĩnh mạch có

cấu tạo phức tạp hơn, bao gồm ba lớp

tế bào: lớp ngoài (adventitia), lớp

giữa (media), lớp trong (intima)

Lớp ngoài bao gồm màng đàn hồi và

mô liên kết

Lớp giữa bao gồm các tế bào cơ trơn Các tế bào này góp phần làm gia tăng độ bền và khả năng chịu áp suất của động mạch Trong lớp giữa có rất nhiều các sợi collagen, sợi đàn hồi, đều này giúp cho lớp giữa có tính đàn hồi cao

Lớp trong là lớp trong cùng của mạch máu, tiếp xúc trực tiếp với dòng máu Lớp trong cùng tiếp xúc với mạch máu là lớp tế bào nội mô Các tế bào nội mô có dạng dẹt, bao phủ hoàn toàn lòng trong mạch máu Các tế bào này có vai trò chống đông máu và tiết ra những nhân

tố tăng trưởng hình thành mạch máu mới Dưới lớp nội mô là lớp cận nội mô Lớp cận nội

mô là một lớp mô liên kết chứa nguyên bào sợi Dưới lớp cận nội mô là màng đàn hồi trong

Tuy động mạch và tĩnh mạch đều có cấu trúc cơ bản giống nhau nhưng giữa chúng vẫn có những khác biệt: thành động mạch dày hơn tĩnh mạch, động mạch có độ bền và khả năng chịu áp suất cao hơn tĩnh mạch, trong những động mạch lớn còn có màng bao bên ngoài III Xơ vữa động mạch

a Giới thiệu

Vữa xơ động mạch (atherosclerosis) là sự kết hợp giữa “vữa” (atheroma) và “xơ” động mạch (sclerosis)

Hiện tượng vữa xơ động mạch là do sự tích tụ lipid LDL trên thành động mạch Điều này làm cho thành động mạch trở nên dày hơn, cứng hơn ngăn cản sự di chuyển của dòng máu

Đồng thời, khi mãng vữa xơ bị bong khỏi mạch máu sẽ gây nên hiện tượng đông máu tại vị trí vữa xơ

b Cơ chế

LDL (low density lipoprotein) là một trong 5 loại lipoprotein chính trong cơ thể LDL có thành phần là chuỗi apolipoprotein B-100 (Apo B-100 chứa 4536 acid amin), cholesterol, triglycerin

LDL là loại lipoprotein độc được tiết bởi gan LDL có nguồn gốc từ vLDL (very low density lipoprotein.)

Ngược lại với LDL, trong cơ thể còn tồn tại lipoprotein HDL (high density lipoprotein) HDL có kích thước nhỏn hơn LDL nhưng chứa mật độ protein cao hơn Đây là một loại protein tốt HDL được xem là có thể loại bỏ cholesteron trong mãnh xơ vữa và vận chuyển

nó về gan Nồng độ HDL trong cơ thể cao là giảm nguy cơ gây bệnh tim mạch

Hiện tượng vữa xơ động mạch trải qua các bước sau: tích tụ LDL trong lớp cận nội mô, kích thích phản ứng viên tạo tế bào foam, sự vôi hoá mãng vơ vữa, tạo khối máu đông

1 Tích tụ LDL

Giai đoạn đầu tiên của quá trình tạo vữa xơ động mạch là sự xâm nhập LDL qua lớp nội mô vào trong lớp cận nội mô vLDL (very low density lipopotein) được sản sinh ra từ gan tuần hoàn theo dòng máu vLDL được chuyển hoá thành LDL thông qua hoạt động enzym lipoprotein lipase Các LDL này sẽ thấm qua lớp nội mô và bị giữa lại trong lớp cận nội mô

2 Lích thích phản ứng viêm

Trong lớp cận nội mô, LDL kích thích tế bào thành mạch máu tiết ra những chất oxi hoá LDL Đồng thời, LDL kích thích sự biến đổi monocyte thành đại thực bào Quá trình oxi hoá có hai đoạn

- Khi chưa có sự xuật hiện của monocyte, LDL bị oxi hoá một phần dẫn đến sự thay đổi trong phân tử apoB

- Sau đó, monocyte xuất hiện, monocyte được biến đổi thành đại thực bào, quá trình oxi được tiến hành nhanh hơn Kết quả là LDL không còn được nhận diện bởi thụ thể ban đầu và nó được hấp thụ vào trong tế bào Những tế bào hấp thụ LDL có huyết tương có nhiều bóng gọi là tế bào foam

3 Sự vôi hoá mãng vữa xơ

Trên bề mặt lớp vữa xơ có nhân tố tăng trưởng mô beta (tissue growth factor beta) và oxysterol Hai nhân tố này kích thích tế bào gây vôi hoá Hiện tượng này làm cho mãnh vữa

xơ trở nên cứng hơn, dễ bị tróc

4 Tạo khối đông máu

Nhân tố mô (tissue factor) là những tác nhân có khả năng gây đông máu Thông thường, những nhân tố này chỉ tồn tại ở lớp ngoài

LDL bị oxi hóa cảm ứng tế bào nội mô tiết ra những nhân tố tăng trưởng gây đông máu

Đồng thời, LDL ức chế tế bào nội mô tiết ra những nhân tố ức chế tạo máu đông như nhân

tố hoạt hóa plasminogen (plasminogen activator), nhân tố gây giãn mạch

c Những bệnh nguy hiểm do vữa xơ động mạch

Vữa xơ động mạch có thể dẫn đến những căn bệnh nguy hiểm theo các cơ chế sau:

- Mãng xơ vữa ngày càng to ra, che kín lòng mạch làm giảm lượng máu lu7 thông hoặc bịt kín toàn lòng mạc gây tắc nghẽn hoàn toàn

- Mãng vữa xơ bị bong ra, hình thành cục máu đông tại vị trí bong làm tắc nghẽn mạch máu

- Sau khi bong ra, mãng vữa xơ tuần hoàn trong mạch máu di chuyển đến những mạch máu nhỏ hơn, làm tắc một phần hoàn toàn mạch máu đó

Hiện tượng xơ vữa động mạch gây ra những căn bệnh rất nguy hiểm như

- Nhồi máu cơ tim (tắc mạch máu nuôi tim)

- Tai biến não (tắc mạch máu não)

- Liệt chi (tắc mạch máu chi)…

Các căn bệnh trên gây hiện tượng tử vong và tàn phế suốt đời với tỉ lệ cao mà không hế có dấu hiệu báo trước

1 Nhồi máu cơ tim:

Nhồi máu cơ tim là căn bệnh gây ra do tắc động mạch vành Động mạch vành là hệ động mạch nuôi máu cơ tim Tắc động mạch vành dẫn đến thiếu máu cục bộ ở tim Những tế bào

cơ tim nếu không được cung cấp máu trong thời gian dài sẽ bị chết Tế bào tim có thể chết một phần hoặc chết hoàn toàn tùy theo mức độ tắc nghẽn Khi tế bào cơ tim bị chết sẽ dẫn đến những hậu quả nghiêm trọng như lượng máu tuần hoàn cơ thể bị giảm làm cho cô thể trở nên yếu đuối hoặc gây ra liệt bộ phận hoặc dẫn đến tử vong

2

2 Tai biến mạch máu nào Tai biến mạch máu não là căn bệnh gây ra do tắc động mạch não hoặc động mạch cảnh dẫn lên não Đều này dẫn đến liệt một phần hoặc hoàn toàn não

3 Liệt chi

Thiếu máu chi, liệt chi có thể gây ra do tắc động mạch chi

d Những phương pháp chữa trị hiện nay

1 Thuốc

Dùng trong trường hợp tắc mạch máu nhẹ (dưới 50%) Thuốc thường được dùng để hạn chế tình trạng vữa xơ thêm của bệnh nhân

Ưu điểm:

- Không phải can thiệp bằng phẫu thuật

Nhược điểm:

- Không dùng trong những trường hợp hẹp nặng ( hơn 50%)

- Không thể hoàn toán chữa trị khỏi bệnh

- Dùng thuốc suốt đời

2 Bắc cầu động mạch

Bắc cầu động mạch (Phẫu thuật nối tắt) Sử dụng đoạn động mạch tự thân hoặc nhân tạo nối giữa động mạch (như động mạch chủ) và động mạch vành Phương pháp này dùng trong trường hợp tắc nhiều nơi trên động mạch vành

Khuyết điểm:

- Phẫu thuật xâm lấn vào cơ thể bệnh nhân

- Kỹ thuật phẫu thuật phức tạp

- Có thể gây hoại tử tại vị trí lấy mạch máu

- Thường sử dụng một lần

- Không hoàn toàn chữa trị dứt bệnh vữa xơ động mạch

3 Đặt stent

Đặt stent (Phẫu thuật tạo hình) Sử dụng khung kim loại nong lòng mạch bị xơ vữa phục hồi đường kính trong mạch máu

Ưu điểm:

- Ít xâm lấn bệnh nhân

- Phẫu thuật ít phức tạp

- Bệnh nhân phục hồi nhanh

Nhược điểm:

- Phải uống thuốc chống miễn dịch suốt đời

- Khả năng vữa xơ trở lại tại vị trí ban đầu cao

- Không chữa trị hoàn toàn bệnh xơ vữa

Nhược điểm chung của những phương pháp này:

- Không hoàn toàn bỏ mãng xơ vữa

- Khả năng tái phát trở lại cao

- Sử dụng thuốc trong thời gian dài

- Giá thành cao

IV Giá thể đông mạch

Hiện nay các nhà khoa học đang tập trung theo hướng nghiên cứu mới là sử dụng các giá thể mạch máu từ những nguồn khác nhau để thay thế hoàn toàn đoạn động mạch bị xơ vữa Giá thể mạch máu là cấu trúc sinh học hình ống,có khả năng hỗ trợ sự bám của các tế bào mạch máu

Giá thể mạch máu được chia thành 2 loại: giá thể mạch máu đường kính lớn và giá thể mạch máu đường kính nhỏ

1 Giá thể mạch máu đường kính lớn (lớn hơn 6 mm)

Giá thể có đường kính lớn khi ghép vào bên trong cơ thể đạt được nhiều thành công hơn giá thể đường kính nhỏ Giá thể đường kính lớn này ít gặp phải hiện tượng đông máu, ít gây thài loại miễn dịch, dễ thao tác…

Hiện nay trên thị trường có nhiều loại giá thể đường kính lớn đã thương mại hoá như

Darcon, ePTFE Hai loại này đều là polymer Darcon có bản chất là Polyethylene

terephthalate ePTFE có bản chất là polytetrafluoroethylene.

2 Giá thể mạch máu có đường kính nhỏ (nhỏ hơn 6 mm)

Những khó khăn giá thể đường kính nhỏ

- Khó khăn trong quá trình chế tạo

- Có độ bền áp suất kém, khó tồn tại dưới áp lực mạch máu hoặc bị phình to

- Gây hiện tượng đông máu trong lòng mạch

- Hẹp trở lại do sự tăng sản quá mức lớp trong sau khi ghép

- Khả năng nối mảnh ghép với giá thể chậm

Những yêu cầu với giá thể động mạch đường kính nhỏ

- Tương hợp sinh học (không bị cơ thể thải loại, không độc tính)

- Sự mềm dẻo để chịu được áp lực dòng máu (chịu được áp lực 2000 mmHg)

- Không gây đông máu

- Chống lại chứng phình mạch

- Đáp ứng tái cấu trúc

- Sự tăng trưởng tế bào mạch máu bên trong giá thể sau khi cấy ghép

- Tương hợp cấu trúc tự nhiên

- Ngòai ra còn phải dễ dàng thao tác, sản xuất, khử trùng, lưu trữ, có nhiều hình dạng kích thước

Hẹp trở lại do sự

tăng sản quá mức

lớp trong sau khi

ghép

Sự thất bại mảnh ghép trong

cơ thể A Mẫu đối chứng B Mạch phình C Mạch bị tiêu biến

V Các phương pháp tạo giá thể động mạch

Để thay thế một đoạn động mạch, người ta có thể sử dụng chính mạch máu của bênh nhân Thông thường, người ta sử dụng tĩnh mạch để làm mảnh ghép động mạch Tuy nhiên, như vậy cần tiến hành thêm một đợt phẫu thuật để lấy tĩnh mạch, vị trí lấy thường bị hoại tử và cấu trúc động mạch và tĩnh mạch khác nhau nên quá trình tái cấu trúc động mạch gặp khó khăn Động mạch đồng loại thì nguồn mẫu rất hiếm, không thể đáp ứng nhu cầu Động mạch khác loài có nguồn mẫu dồi dào nhưng gây đáp ứng miễn dịch mạnh Do đó người ta hướng tới tạo giá thể từ những sản phẩm tự nhiên

1 Phương pháp tạo:

Phương pháp này tạo giá thể từ những phân tử nhỏ Nhửng phân tử này liên kết với nhau tạo thành giá thể Những phân từ này có thển là những monomer để tạo thành polymer hoặc phân tử protein như collagen, fibrin

Những giá thể polymer được tạo từ những mononer

Những giá thể này có ưu điểm là dễ tạo, có thể sản xuất số lượng lớn

Khuyết điểm là không phải là cấu trúc tự nhiên trong cơ thể sống, không hỗ trợ sự di cư và tăng trưởng của tế bào

Giá thể hydrogel (giá thể không thấm nước) được tạo từ những protein cơ thể như collagen, fibrin

Những phương pháp này có ưu điểm là những protein này là cấu trúc tự nhiên trong cơ thể sống, hỗ trợ sư di cư và tăng trưởng của tế bào giúp cho quá trình tái cấu trúc nhanh hơn Nhược điểm: kích thích đáp ứng miễn dịch (do nguồn gốc thường khác loài), nhanh phân huỷ, giá thành cao

2 Phương pháp “phá’:

Polymer hoá

Fibrinogen

Thrombin+Ca2+

Ca2+

Thrombin+Fbrinogen

Phương pháp này tạo giá thể bằng cách khử tế bào (decellularization) Động mạch khác loài

có cầu trúc tương tự như động mạch người, có số lượng mẫu lớn nhưng gây đáp ứng miễn dịch mạnh Do đó, để làm giảm tính kháng nguyên của giá thể khác loài, người ta tiến hành loại bỏ thành phần tế bào bên trong bởi vì tế bào mang nhiều kháng nguyên, gây đáp ứng miễn dịch mạnh

Ưu điểm:

- Khuôn nền mô, cơ quan sau khi khử tế bào có cấu trúc và thành phần gần giống với

mô, cơ quan ban đầu Điều này giúp cho quá trình ghép giá thể và đồng hoá giá thể trong cơ thễ nhận trở nên dễ dàng hơn

- Khuôn nền khử tế bào có thành phần protein giống như cơ quan ban đầu nên hỗ trợ tốt cho sự di cư và sinh sản của những tế bào thuộc cơ quan đó

Khuyết điểm:

- Phương pháp này chỉ sử dụng được cho một số mô, cơ quan có cấu trúc đơn giản,

có độ bền cơ học

- Trong quá trình loại tế bào ảnh hưởng một phần đến cấu trúc ECM bên ngoài

- Khả năng gây đáp ứng miễn dịch vẫn còn khá cao

Hiện nay, các phương pháp khử tế bào thương được sử dụng là: vật lý, hoá học, enzym Mỗi phương pháp đều có những ưu điểm, nhược điểm riêng và đều có tác động nhất định lên khuôn nền ngoại bào Khi sử dụng nên kết hợp nhiều loại

VI Thành phần tế bào tham gia vào động mạch

Những tế bào vốn có trong động mạch như nội mô, tế bào cơ trơn, nguyên bào sợi là thành phần thường được sử dụng đối với mảnh ghép Các tế bào này ngoài chức năng riêng biệt, chúng đều có những chức năng chung như là bao phủ giá thể để hạn chế diện tích tiếp xúc giá thể với máu, từ đó làm giám tính kháng nguyên, đồng thời khi có tế bào bên trong giá thể, quá trình tái cấu trúc diễn ra nhanh hơn, giúp quá trình lành nhanh hơn

Tế bào cơ trơn được đưa vào bên trong giá thể để tạo độ bền cơ học cho giá thể

Tế bào nội mô được đưa vào bên trong lòng giá thể để ngăn chặn hiện tượng đông máu và giúp tạo mạch máu nuôi tế bào cơ trơn bên trong

Phương pháp Tác động Ảnh hưởng ECM

Đông lạnh nhanh

(vật lý)

Tinh thể băng phá vỡ tế bào Khả năng phá huỷ ECM cao Lực cơ học (vật lý) Dùng áp suất phá vỡ tế bào

Lắc rung (vật lý) Dùng sóng siêu âm phá vỡ tế bào

Sử dụng acid (hoá

học)

Hoà tan tế bào chất, phá huỷ nhân Loại bỏ GAG

Chất tẩy không ion

như Triton X-100

(hoá học)

Phá huỷ liên kết lipid, lipid-protein nhưng không phá huỷ liên kết pro-pro

Kết quả phụ thuộc vào thành phần, thời gian xử lý Loại GAG

Chất tẩy ion như

SDS, Triton X-200

Chất tẩy mạnh hơn chất tẩy không ion

Xu hướng phá vỡ cấu trúc tự nhiên, loại GAG, collagen

Dung dịch ưu

trương, nhược

trương

Phá vỡ tế bào thông qua áp suất thẩm thấu

Không hiệu quả trong loại bỏ mãnh vỡ.

Trypsin (enzym) Bản chất là protease, phá vỡ liên kết

peptid

Có thể phá huỷ ECM

Endonuclease,

exonuclease.

Phá vỡ liên kết giữa các nucleotid Sử dụng riêng lẽ không hiệu

quả