MỞ ĐẦU Bệnh tim mạch, thuyên tắc và xơ vữa động mạch đang gia tăng với tỷ lệ cao và là một trong những nguyên nhân gây tử vong hàng đầu. Trong y học tim mạch, phương pháp phẫu thuật và cấy ghép thường là lựa chọn tối ưu trong điều trị. Hiện tại, các mạch máu cấy ghép có thể được lấy từ phần mạch máu của cơ thể bệnh nhân hoặc từ một người hiến thích hợp. Tuy nhiên, cách điều trị này thường không đáp ứng đủ nhu cầu của bệnh nhân do nhiều nguyên nhận: nguồn mạch máu tự thân là hạn chế, nguy cơ huyết khối, nhiễm trùng và từ mạch ghép cao.
Một lựa chọn thay thế khác là mạch máu nhân tạo giúp duy trì lưu thông máu và đảm bảo hoạt động sinh lý bình thường. Yêu cầu của các mạch máu nhân tạo bao gồm tinh cơ lý tốt, đảm bảo phuc hợp với áp lực máu, cho phép các tế bào nội mô tăng sinh và quan trọng nhất là ngăn ngừa sự hình thành cục máu đông trong quá trình cấy ghép. Cho đến nay, các mạch máu nhận tạo đường kính lớn (>6 mm) đạt được một số thành công nhất định trong cấy ghép chữa trị các bệnh liên quan mạch máu. Tuy nhiên, các mạch máu nhân tạo có đường kính nhỏ (≤6 mm) vẫn còn gặp nhiều khó khăn khắc phục các hạn chế của mạch máu nhỏ như độ bền yếu, độ cứng và hẹp dẫn đến tắc nghẽn động mạch trong thời gian bệnh nhân mang cấy ghép.
Gần đây, polyurethane (PU) và polycaprolactone (PCL) được coi là các polyme tiềm năng cho các ứng dụng mạch máu nhận tạo nhờ tính chất cơ học tốt và khả năng tương thích sinh học cao. PU có tính đàn hồi vượt trội có thể cung cấp một môi 18 trường cơ học giống như các mô mạch máu tự nhiên. PU có khả năng tương thích máu và mô tuyệt vời, đặc biệt là hỗ trợ tăng sinh tế bào nội mô. Trong khi đó, PCL là một polymer kỵ nước có tính chất cơ học tuyệt vời và phù hợp lý tưởng cho sự tăng sinh của các tế bào nội mô, một yếu tố quan trọng trong việc ngăn chặn sự hình thành huyết khối.
Do đó, việc áp dụng PCL từ kỹ thuật quay điện trong việc tạo ra các mạch máu được nhiều nhà nghiên cứu chú trọng. Từ năm 2006, nhiều bài báo đã báo cáo về việc sử dụng PU / PCL và quay điện đối với các mạch máu nhận tạo có được các kết quả khả quan, chẳng hạn như: nhóm Hong đã thêm ECGF vào PU điện âm và phát hiện hơn 70% mạch máu nhân tạo hoạt động trong 6 tháng sau khi ghép. Marijana et al. gắn PEO trên bề mặt PCL để tăng hiệu quả chống huyết khối.
Fang et al. đã sử dụng PCL micro-126 để tăng tốc độ tăng trưởng và tăng sinh của các tế bào nội mô. Do đó, sự kết hợp giữa PU và PCL có thể rất tốt cho mạch máu nhận tạo. Trong năm 2017, ngày càng có nhiều nhóm nghiên cứu ứng dụng PU / PCL tổng hợp trong chế tạo mạch máu nhân tạo như: Hao-Yan Mi sử dụng sức mạnh vật lý / cơ học của PU và PCL để chế tạo mạch máu nhân tạo đường kính nhỏ (1- 3 mm) cho các ứng dụng trong lĩnh vực này.
Trong khi đó, Matthew và cộng sự đã chứng minh rằng PU / PCL tổng hợp có thể hỗ trợ sự tăng sinh của các tế bào nội mô. Abdalla và cộng sự đã giới thiệu một phương pháp tạo ra mạch máu xốp, lý tưởng cho việc chế tạo mạch máu nhân tạo từ PU và PCL. Nhiều nghiên cứu khác đã tập trung vào các đặc tính vật lý và cơ học của vật liệu. 19 Để tìm ra hợp chất polymer có tương thích sinh học cao với nguyên bào sợi và tế bào nội mô, vào năm 2012, nhóm của PGS.
Nguyen Thi Hiep đã thiết kế các giàn khùng nhiều lớp bao gồm polycaprolactone (PCL), chitosan chelan / PLGA bằng cách sử dụng hệ thống quay điện kép. Trong các thí nghiệm khác, polyurethane kết hợp với polycaprolactone để chế tạo mạch máu nhân tạo mới có độ bền kéo là 600 mmHg, hỗ trợ sự phát triển của các tế bào nội mô và nguyên bào sợi. Kết quả cho thấy rằng PU và PCL polymer hoặc sự kết hợp của chúng có thể được áp dụng như các mạch máu nhân tạo. Tuy nhiên, cả hai mạch máu nhân tạo đều cho thấy các hoạt động không chống huyết khối, trên thực tế; đó là những thất bại sau 1 tháng cấy ghép.
Hơn nữa, do tính trơ, kị nước của polymer, mạch máu tạo từ sợi PU/PCL hỗ trợ tế bào nội mô bám dính và phát triển với hiệu suât thấp. Thêm vào đó, chống huyết khối và biến tính bề mặt hỗ trợ tế bào nội mô phát triển trong các nghiên cứu trên chưa được nghiên cứu. chính vì lý do như trên, chúng tôi tiến hành đề tài “Chế tạo và cải tạo tính chống đông bề mặt màng nano electrspun PU/PCL cho ứng dụng mạch máu nhân tạo đường kính nhỏ” với mục đích tạo ra mạch máu đường kính nhỏ được tạo thành từ sợi quay điện (electrospinning) nano và được cải tiến bề mặt thành mạch với tính chất cơ lý tốt, tính tương hợp sinh học cao, hỗ trợ tế bào nội mô phát triển và tải hoạt chất nhằm chống tạo máu đông trong quá trình cấy ghép. 20 Về kỹ thuật ghép mạch đường kính nhỏ, việc xử lý bề mặt ổn định chỉ nhắm mục tiêu vào lòng ống nhằm mục đích nhanh chóng hóa nội mô và chống huyết khối mà không làm suy yếu hoặc phá hủy cấu trúc mảnh ghép vẫn là một thách thức kỹ thuật.
Trong nghiên cứu này, một ống rỗng hai lớp với lớp bên trong ưa nước polyurethane / polycaprolactone / Poloxamer (PU / PCL / Poloxamer) đã được chế tạo. Poloxamer 407 đã được pha trộn với PU / PCL như một sửa đổi bề mặt một bước để nâng cao tính chất ưa nước và hoạt tính sinh học của bề mặt của ống quay điện. Gốc Polypropylene glycol (PPG) kỵ nước của poloxamer được neo giữ vào polyme gốc PU/PCL, trong khi các chuỗi ưa nước Polyethylene glycol (PEG) di chuyển lên bề mặt để thay đổi các hành vi của bề mặt bên trong ống. Bề mặt pha trộn poloxamer thể hiện các hành vi hút và đẩy phức tạp được điều chỉnh bởi động lực của các chuỗi PEG.
Mật độ ghép vừa phải (2% -8%) thể hiện hiệu suất hoạt tính sinh học cao của đuôi PEG để điều chỉnh đồng thời khả năng bám dính, kéo dài và tăng sinh của tế bào đồng thời hạn chế sự kết dính tiểu cầu so với bề mặt PU / PCL và PU / PCL / Poloxamer siêu ưa nước. Sự gia tăng hàm lượng poloxamer trong thành phần dẫn đến sự gia tăng tương ứng về cả tính ưa nước và độ bền kéo trong khi vẫn duy trì cấu trúc sợi đồng nhất của tấm đệm điện tử. Bên cạnh đó, một lớp ngoài kỵ nước PU / PCL đã được chế tạo để ngăn chặn hiện tượng xuyên màng rò rỉ và thấm nhằm ứng dụng lâu dài trong kỹ thuật mạch máu. 21 Từ khóa: Điện hóa PU / PCL, Poloxamer pha trộn, hiệu suất của đuôi PEG, biến đổi bề mặt phát sáng, ghép mạch.
GiỚI THIỆU TỔNG QUAN Để tạo ra các mạch máu nhân tạo bằng phương pháp quay điện có tính ứng dụng cao, các vật liệu tương thích sinh học mới cần phải sở hữu các đặc tính cơ học tự nhiên, có khả năng chống huyết khối và chứa các tín hiệu cần thiết để điều chỉnh sự phát triển của tế bào và ức chế viêm. Trong số các vật liệu sinh học thích hợp để chế tạo mạch máu nhận tạo, polycaprolactone (PCL) và polyurethane (PU) là hai ứng cử viên thích hợp. Nói chung, PU có khả năng tương thích tốt với máu và mô, và độ đàn hồi vượt trội có thể cung cấp môi trường cơ học giống như môi trường cơ học của các mô mạch máu tự nhiên [1-3]. Áp lực tối ưu và cung cấp đủ độ bền duy trì đường khâu [4].
Hơn nữa, cả PCL và PU đều là các polyme bán tinh thể tương hợp sinh học, không độc hại, phân hủy sinh học và [5-7]. Sự kết hợp giữa PU và PCL có độ bền kéo cao 18 MPa, tuy nhiên, các mạch máu nhân tạo của họ thực tế không có hoạt động chống huyết khối; những mạch máu này đã thất bại sau 1 tháng được cấy vào mô hình beagle [8, 9]. Rõ ràng là tính thấm ướt có tác động lớn đến hiệu suất bề mặt của mảnh ghép vì các bề mặt có khả năng thấm ướt vừa phải (góc tiếp xúc 40 o - 70o) hấp phụ cạnh tranh các protein kết dính tế bào, dẫn đến sự gắn kết tế bào tốt hơn [10, 11]. Sự thất bại của ghép PU / PCL xuất phát từ thực tế là tấm thảm co-electrospun này có bản chất là kỵ nước; và cấu trúc dạng sợi của nó làm cho giàn giáo càng kỵ nước (góc tiếp xúc với nước = 1100) (8].
Cùng với sự sẵn có hạn chế của các nhóm hoạt tính sinh 23 học trong bề mặt và địa hình bằng phẳng của bề mặt bên trong ống điện cực, tấm lót điện cực PU / PCL đã hạn chế sự bền vững nội mô, tự nhiên ngăn chặn sự hình thành huyết khối và làm gián đoạn dòng chảy đông máu. Để cải thiện tính ưa nước của PU / PCL điện tử với các tác động tối thiểu theo cách có thể kiểm soát được, nghiên cứu này tập trung vào việc pha trộn poloxamer 407, một chất hoạt động bề mặt không ion, với PU / PCL. Poloxamer là một chất đồng trùng hợp ba khối bao gồm hai đơn vị polyethylene glycol (PEG) ưa nước ở đuôi (còn được gọi là poly (ethylene oxide) (PEO)) và một đơn vị polypropylene glycol kỵ nước (PPG) được sắp xếp theo cấu trúc ba khối tuyến tính PEGx– PPGy – PEGx. Hơn nữa, bề mặt thảm điện tử sở hữu cấu trúc xốp, ưu tiên hành vi thấm ướt cực độ, từ kỵ nước / siêu kỵ nước đến siêu kỵ nước với khả năng hấp thụ nước nhanh (bấc).
Một thay đổi nhỏ trong thành phần hóa học của bề mặt có thể làm thay đổi đáng kể khả năng thấm ướt của thảm ảnh hưởng trực tiếp đến sự tương tác giữa tế bào và vật liệu sinh học. Khả năng thấm ướt của mảnh ghép PU / PCL được xử lý poloxamer là một trong những đặc tính bề mặt quan trọng nhất cần được hiểu và kiểm soát, liên quan đến quá trình chống huyết khối và tái lưu thông khi các giá thể tương tác với môi trường sinh học và tế bào.