Mở đầu Các mảnh vá tim mạch đã được sử dụng phổ biến trong phẫu thuật nhằm hỗ trợ quá trình sửa chữa và tai cấu trúc tim mạch. Việc sử dụng mảnh vá giúp giảm đáng ké nguy cơ tử vong hậu phẫu (còn 14,6%), tái nghẽn mạch máu (còn 4,8%) và phẫu thuật lần hai (còn 1,1% sau 30 ngày) so với phẫu thuật mạch máu không sử dụng mảnh vá (tương ứng là 24,1%, 18,6% và 3,1%). Trong phẫu thuật động mạch cảnh, thống kê từ năm 2003 đến 2014 đã chỉ ra xu hướng tăng sử dụng các mảnh vá trong phẫu thuật (chiếm 91% tổng số ca điều trị). Các loại mảnh vá tim mạch hiện nay bao gồm các vật liệu polymer tổng hợp, mô tự thân và mô động vật.
Màng vá tổng hợp được chế tạo chủ yếu từ Polytetrafluoroethylene và Polyethylene terephthalate, có ưu điểm là dé dang thao tác, tính mềm dẻo và độ bền cao. Tuy nhiên, các vật liệu tổng hợp không có khả năng thống nhất mô và phát triển cùng với mô chủ. Các mẫu động mạch và tĩnh mạch tự thân (của chính bệnh nhân) có thể được thu nhận cho cấy ghép, do không vướng phải rào cản đáp ứng miễn dịch và hiệu quả tái tạo mô tốt, nhưng gặp trở ngại về số lượng hạn chế. Nguồn mô động vật (còn gọi là mô dị loài) được xem là giải pháp phù hợp do tính sẵn có và khả năng thu nhận được số lượng lớn cho chế tao mảnh vá tim mạch.
Sau khi loại bỏ thành phan tế bao di loại, khung nền ngoại bao của mô được lưu giữ lại và có kha năng tham gia vào quá trình lành hóa và thông nhất mô chủ. Màng tim bò thể hiện ưu điểm về độ bền và độ dày phù hợp đề chế tạo thành các mảnh vá tim mạch. Độ bền kéo của màng tim bò có thé đạt 13,86 + 6,65 MPa, trong khi độ bền kéo của mảng tim của người trưởng thành là 7,62 + 0,96 MPa, và vượt trội hơn so với mô tự thân như động mạch vú trong (độ bền kéo khoảng 4,3 MPa) và tĩnh mạch hiển (độ bền kéo khoảng 6,3 MPa). Với lợi thế về nguồn nguyên liệu màng tim bò dồi dao và sẵn có, hàng loạt sản phẩm mảnh vá có thé được chế tạo nhằm đáp ứng nhu cầu cấy ghép ngày càng tăng.
Trong các quá trình chế tạo ban đầu, glutaraldehyde được dùng để xử lý màng tim bò nhờ tác động cố định kháng nguyên bề mặt tế bào dị loài. Glutaraldehyde tạo ra liên kết chéo giữa các sợi collagen (gọi tắt là gia cường) của khung nên ngoại bào, nên cải thiện đáng kể cơ tính và thời gian tồn tại của mảnh ghép trong cơ thể. Màng tim bò gia cường bang glutaraldehyde (gọi tắt là GluBP) đã cho thay khả năng tạo vết chỉ khâu khít nên làm giảm tỷ lệ chảy máu thấp hơn so với mảnh vá tổng hợp. Các sản phẩm màng tim bò gia cường bằng glutaraldehyde điển hình như Peri-Guard, Vascu-Guard (Baxter International Inc.
Deerfield, Illinois, Hoa Kỳ) và mảnh vá màng tim bò (Braile Biomédica, Brazil) đã được sử dụng trong lâm sang. Hai van đề tồn đọng của các mảnh vá tim mạch hiện nay là khoáng hóa và bám dính huyết khối. Tình trạng khoáng hóa chủ yếu liên quan đến tế bào chết, mảnh vỡ tế bao và thành phan phospholipid màng tế bào trong mô màng tim và lượng thừa glutaraldehyde gây độc mô. Do đó, các nghiên cứu dần tập trung theo hướng khử tế bào kết hợp với giảm nồng độ glutaraldehyde sử dụng.
Khử tế bào mô màng tim bò giúp loại bỏ được thành phần phospholipid của màng tế bào và cả nhân tế bào, chỉ giữ lại thành phần khung nền ngoại bào, cho phép vừa kiểm soát nguy cơ khoáng hóa và đảm bảo đặc tính tương hợp sinh học của mảnh ghép. Việc khử tế bào và gia cường bằng glutaraldehyde 0,1% đã được chứng minh giúp giảm 89% hàm lượng canxi lắng đọng trong mẫu so với nhóm màng tim bò gia cường bằng glutaraldehyde 0,5%. Mảnh vá CardioCel (Admedus, Malaga, Western, Uc) là sản phẩm mảnh vá tim mạch thương mại được chế tạo từ quy trình khử tế bao màng tim bò và gia cường bang glutaraldehyde. Manh vá CardioCel thé hiện đặc tính bền vững và giảm ty lệ khoáng hóa đáng kể so với nhóm màng vá Peri-Guard và màng tim người gia cường bằng glutaraldehyde 0,6%.
Tuy nhiên, trong cấy ghép vào động mạch chủ bung và động mạch phi trên mô hình lợn, các vùng khoáng hóa vẫn được phát hiện sau một năm theo dõi, chỉ ra vấn đề khoáng hóa vẫn chưa được giải quyết triệt đề. Tình trạng huyết khối mảnh ghép là yếu điểm không chỉ của các loại vật liệu tổng hợp, mà còn ở các vật liệu có nguồn gốc mô nói chung khi tiếp xúc với dòng máu. Việc gắn heparin được xem là giải pháp hạn chế huyết khối nhờ khả năng chống đông máu của heparin. Cấu trúc phân tử của heparin chứa mật độ cao nhất các nhóm tích điện âm như carboxyl va sulfonyl, nên cho phép heparin tương tác tĩnh điện với các protein trong huyết tương.
Chính nhờ vào lực đầy tĩnh điện giữa các protein huyết tương và heparin gắn trên bề mặt vật liệu đã ngăn cản sự thấm hút của protein, làm bất hoạt sự bám dính và hoạt hóa tiểu cầu, giảm thiểu được tình trạng huyết khối trên bề mặt vật liệu. Trong hướng chế tạo mảnh vá tim mạch từ màng tim bò, các nghiên cứu về gắn heparin vào màng tim vô bào chưa nhiều. Phương pháp gắn heparin chủ yếu dựa trên phản ứng gia cường (EDC và glutaraldehyde) được thực hiện với sự có mặt của heparin để gắn heparin vào các sợi cấu trúc của khung nền ngoại bào (ECM) bằng liên kết cộng hóa trị. Trong trường hợp màng tim bò vô bào đã được gia cường, việc tiếp tục sử dụng EDC hay glutaraldehyde dé gắn heparin được dự đoán về nguy cơ gây độc, giảm tương tác mô và khoáng hóa mảnh ghép.
Bên cạnh đó, phương pháp lắp ráp từng lớp (LbL, Layer-by-Layer) dựa trên tương tác tĩnh điện nhờ sử dụng phân tử mang điện tích dương có khả năng tương tác với heparin và thành phần ECM, nên cho phép gắn heparin vào ECM của mẫu thử nghiệm. Vì vậy, phương pháp LbL được xem là hướng tiếp cận phù hop dé gắn heparin vào màng tim tim bò vô bào gia cường. Phân tử ion sắt Dihydroxy-iron (viết tắt DHI) đã được sử dụng vào quy trình gắn heparin vào tinh mach bò vô bào theo phương pháp LbL. Phân tử DHI mang điện tích dương, trong khi phân tử heparin tích điện âm nhờ chứa mật độ cao các gốc carboxyl và sulfonyl.
DHI có thể tạo liên kết tĩnh điện với heparin. DHI cũng tạo được liên kết cộng hóa trị phối trí với các nhóm carboxyl, sulfonyl, hydroxyl va amino trên phân tử heparin. Thành phần ECM chứa các sợi collagen và elastin với nhiều nhóm carboxyl, hydroxyl va amino nên cũng có thé tạo liên kết cộng hóa trị phối trí với phân từ DHI. Theo phương pháp LbL, bằng cách ngâm ủ mẫu ECM lần lượt trong dung dịch DHI và dung dịch heparin, heparin sẽ được gắn vào ECM nhờ vào liên kết với DHI và tạo thành phức hợp DHL/heparin.
Trong đó, hàm lượng heparin gắn vào ECM phụ thuộc vào số lượng chu kỳ LbL. Tĩnh mạch bò vô bào sau khi gắn heparin đã hạn chế được sự bám dính tiểu cầu, ghi nhận được sự bám đính và tăng sinh của tế bào nội mô. Nghiên cứu gắn heparin theo phương pháp LbL có sử dụng chỉ giới hạn trên đối tượng tĩnh mạch bò vô bào, chưa có công bó cập nhật trên các loại mô khử tế bào khác. Đối với màng tim bò vô bào gia cường, mặc dù bản chất cầu tạo từ thành phần ECM nhưng khi đã trải qua xử lý gia cường, tương tác giữa heparin, DHI với ECM mẫu màng có thé thay đổi.
Vì vậy, phương pháp LbL có sử dụng DHI cần được làm rõ về tính hiệu quả gắn heparin vào màng tim bò vô bào gia cường, cũng như khảo sát khả năng cải thiện tính tương hợp máu và các tác động tế bào và mô nhằm cung cấp cơ sở khoa học trong nghiên cứu chế tạo và hoàn thiện mảnh vá tim mạch. Câu hỏi nghiên cứu Quy trình khử tế bào, gia cường bằng glutaraldehyde và gắn heparin có phù hợp trong chế tạo mảnh vá tim mạch từ màng tim bò hay không? 1. Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu tong quát Xây dựng được quy trình chế tạo màng tim bò vô bào gia cường bằng glutaraldehyde và phương pháp gắn heparin nhằm đạt được đạt tiêu chí làm mảnh vá tìm mạch Mục tiêu nghiên cứu cụ thể — Xác lập được quy trình chế tạo màng tim bò vô bao gia cường bang glutaraldehyde — Xác lập được quy trình lắp ráp từng lớp kết hợp DHI dé gắn heparin lên màng tim bò vô bao gia cường — Xác định được ảnh hưởng của màng tim bò vô bào có gắn heparin lên sự bám dính và tăng sinh của tế bào nội mô — Đánh giá được khả năng cấy ghép mạch máu của mang màng tim bò vô bào gia cường bang glutaraldehyde và gắn heparin 1. Nội dung và phạm vi nghiên cứu Luận án bao gồm 4 nội dung nghiên cứu chính: — Nội dung 1: Nghiên cứu quy trình chế tạo màng tim bò vô bào gia cường bằng glutaraldehyde và đánh giá theo tiêu chí mảnh vá tim mạch — Nội dung 2: Nghiên cứu phương pháp gắn heparin lên màng tim bò vô bào gia cường nhằm cải thiện đặc tính tương hợp máu — Nội dung 3: Khảo sát ảnh hưởng của màng tim bò vô bào có gắn heparin lên sự bám dính và tăng sinh của tế bào nội mô — Nội dung 4: Đánh giá tương hợp in vivo và khả năng cấy ghép mạch máu trên động vật thí nghiệm Luận án được giới hạn trong khuôn khổ nghiên cứu về quy trình khử tế bào có sử dụng SDS, gia cường bang glutaraldehyde và gắn heparin bằng phương pháp lắp ráp từng lớp.
Trong đó, các phương pháp đánh giá và thu nhận kết quả thuộc phạm vi tiêu chí của mảnh vá tim mach mà luận án đề xuất dựa trên các công bố có liên quan. Ý nghĩa khoa học, thực tiễn và tính mới cúa nghiên cứu Công nghệ vật liệu y sinh được nghiên cứu và phát triển nhằm đáp ứng yêu cầu cấy ghép phục hồi chức năng. Các mảnh vá tim mạch đã được sử dụng và cho thấy cải thiện hiệu quả điều trị, đặt ra yêu cầu về nghiên cứu chế tạo đáp ứng nhu cầu sử dụng các mảnh vá ngày càng tăng. Đối tượng màng tim bò thể hiện các ưu thế về độ dày, tính bên chắc, tương tác mô tốt, và nguồn cung sẵn có với số lượng lớn, nên phù hợp cho chế tạo mảnh vá tim mach.