Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Tổng quan về mô sụn Mô sụn và mô xương là 2 mô liên kết chuyên biệt thuộc về bộ xương. Bộ xương của phôi thai lúc đầu chỉ gồm toàn mô sụn, về sau mới được thế dần bằng mô xương. Ở người trưởng thành, sụn vẫn còn hiện diện ở tai, mũi, thanh quản, khí - phế quản (Hình 1.
Sụn là một loại mô liên kết tham gia vào cấu tạo bộ xương, cấu tạo bởi ba thành phần là tế bào sụn, chất căn bản sụn và sợi liên kết. Có 3 loại mô sụn: sụn trong, sụn chun và sụn xơ, tên gọi khác nhau là do sự khác nhau về thành phần sợi liên kết (Hình 1. Chất căn bản sụn khá phong phú, nhuộm màu base, tương đối mịn. Xung quanh ổ sụn có vùng chất căn bản nhuộm màu đậm hơn gọi là cầu sụn.
Chất căn bản sụn rất giàu chất hữu cơ (protein, glycosaminoglycan, proteoglycan, lipid). Protein sợi (chủ yếu là collagen loại II) rất phong phú. Các sợi tạo keo và sợi chun vùi trong chất căn bản theo nhiều hướng khác nhau. Mô sụn không có mạch máu do đó việc dinh dưỡng nhờ vào màng sụn.
Ở sụn khớp không có màng sụn nên mô sụn được nuôi dưỡng bởi dịch khớp hoặc từ mô xương phía dưới sụn. Ở người trưởng thành, tế bào sụn dừng phân chia và số lượng tế bào tương đối ổn định, chúng bị thoái hóa rất chậm chạp. Trong trường hợp bị hư khớp, tế bào sụn có thể tăng lên. Sụn ít thay đổi cấu trúc theo lứa tuổi.
Khi già, hàm lượng proteoglycan giảm nên tính ưa nước cũng giảm. Sụn có hiện tượng ngấm canxi vài nơi nên sụn trở nên đục, cứng và dòn hơn. Sự tái tạo mô sụn xảy ra chậm chạp, nhờ sự sinh sản của các tế bào ít biệt hóa của sụn. Mô sụn là mô có ít tế bào, tế bào chiếm không quá 10 % trọng lượng mô sụn.
Tế bào có kích thước từ 10 – 40 micromet. Kích thước và hình dạng tế bào sụn phụ thuộc vào mức độ biệt hóa. Tế bào sụn nằm trong hốc nhỏ chứa chất căn bản. Hốc nhỏ này được gọi là ổ sụn.
Ổ sụn có thể chứa một hoặc một số tế bào sụn cùng nhóm. Nhân tế bào sụn hình cầu, có một hoặc hai hạch nhân. Bào tương có đủ bào quan và một số chất vùi glycogen, lipid mà số lượng phụ thuộc vào loại sụn. Mô sụn tươi chứa khoảng 70 – 80 % nước, 10 – 15 % chất hữu cơ và 4 – 7 % chất khoáng.
Mô sụn khô có lượng sợi collagen chiếm khoảng 50 - 70 % [9]. Phân bố sụn trong cơ thể. Màng sụn có ở sụn trong và sụn chun [64]. Phân loại sụn.
Sụn được phân chia thành 3 loại (sụn trong, sụn chun và sụn xơ) dựa trên đặc trưng của chất nền. Chất nền của sụn trong đồng nhất và chứa collagen loại II, chất nền của sụn chun khá giống với sụn trong ngoại trừ chất nền còn giàu collagen loại elastic sắp xếp thành từng bó dày, sụn xơ không có màng sụn và chất nền chứa collagen loại I và II [24]. Quá trình sửa chữa tổn thương sụn Có thể chia làm hai dạng tổn thương sụn là tổn thương một phần và tổn thương toàn phần (Hình 1. Tổn thương một phần sụn (partial-thickness defect) được giới hạn ở lớp sụn, phần xương dưới sụn không bị tổn thương do đó không có sự thâm nhập của các tế bào gốc từ tủy xương.
Khả năng phục hồi tổn thương sụn bị hạn chế. Những tổn thương này cuối cùng sẽ dẫn tới thoái hóa khớp về già. Đối với tổn thương sụn toàn phần (full-thickness cartilage defect) thì có sự thâm nhập của các tế bào gốc từ tủy xương dẫn tới xảy ra một số quá trình lành thương. Quá trình lành thương xảy ra mạnh mẽ sau 2 tuần.
Các mạch máu ở vùng dưới sụn mang những tế bào gốc (chủ yếu là tế bào gốc trung mô – TBGTM) vào vùng tổn thương. Những tế bào này có nhiều tác dụng sinh học trong việc sản xuất ra chất nền sụn. Sự di trú, tăng sinh, biệt hóa của các TBGTM tại vùng tổn thương khoảng 2 tuần sau tổn thương. Máu từ vùng dưới sụn tạo nên nút fibrin – chứa các tiểu cầu.
Từ đó chúng có thể tiết các yếu tố sinh học để kích hoạt/tuyển mộ các TBGTM tới để phục hồi sụn. TBGTM sản xuất ra collagen týp I và II để lấp đầy vùng tổn thương và sau khoảng 6 – 8 tuần thì vùng tổn thương được lấp đầy. Sau khoảng một năm thì sụn được sửa chữa bao gồm cả mô sụn trong và sụn xơ. Sự thiếu tế bào tạo sụn trong tổn thương một phần cũng như xơ hóa sụn trong tổn thương sụn toàn phần có lẽ dẫn tới thoái hóa khớp ở người bệnh.
Do đó, tổn thương sụn khớp cần phải được điều trị từ rất sớm. Các dạng tổn thương sụn. Tổn thương sụn một phần, phần tổn thương khu trú ở vùng sụn và không tổn thương tới vùng dưới sụn (B). Tổn thương sụn toàn phần là tổn thương ở vùng sụn và kéo dài xuống vùng dưới sụn [12].
Các chiến lược điều trị trong phục hồi, sửa chữa tổn thương sụn khớp Có nhiều phương pháp đã được áp dụng nhằm phục hồi, sửa chữa tổn thương sụn. Về cơ bản thì chia làm 2 nhóm là nhóm can thiệp không có thành phần sinh học và nhóm can thiệp với các thành phần sinh học. Nhóm can thiệp điều trị không có thành phần sinh học Nhóm can thiệp điều trị này không sử dụng các thành phần hay hợp chất sinh học. Tính hiệu quả của những phương pháp này dựa trên sự kích thích các mô sụn hoặc mô dưới sụn để tái tạo vùng sụn bị tổn thương.
Các kỹ thuật chính trong nhóm này gồm có rửa khớp (lavage) qua nội soi hiệu quả cho những tình huống tổn thương sụn do chấn thương, bào sụn (chondral shaving), loại bỏ mô chết/mô viêm trong ổ khớp (debridement), tạo lỗ nhỏ Pridie (Pridie drilling) và tạo các lỗ nhỏ li ti (microfracture). Trong các kỹ thuật rửa, bào mòn sụn, cắt bỏ mô thì không có hiệu quả tái tạo sụn. Còn 2 phương pháp sau có sự kích thích vùng mô dưới sụn với mục đích tái tạo sụn khớp tuy nhiên chưa thực sự đạt hiệu quả trên lâm sàng và trên mô hình động vật vì mô tái tạo chủ yếu là sụn xơ. Nhóm can thiệp điều trị có thành phần sinh học 1.
Ghép sụn đồng loài (allogeneic osteochodral and chondral grafting) Trong kỹ thuật này sử dụng mô ghép sụn để làm đầy tổn thương sụn khớp không có kích thích những đáp ứng sửa chữa sụn. Sự thay thế mô bị tổn thương bằng mô ghép khỏe mạnh được thu nhận từ người hiến. Những bệnh nhân có tổn thương sụn xương khớp nặng như hoại tử, thoái hóa khớp nặng, tổn thương nặng do chấn thương sẽ hiệu quả khi sử dụng kỹ thuật này. Tuy nhiên, vấn đề về miễn dịch liên quan tới kỹ thuật ghép này có thể dẫn tới thải ghép hoàn toàn mô ghép.
Ngoài ra, khả năng sống của mô ghép sụn sẽ lâu hơn sau khi được trải qua một quy trình xử lý, bảo quản và đông khô. Tỷ lệ thành công được báo cáo là 65 – 85 % sau khi theo dõi 10 năm [20], [58], [60], [88], 65 % sau 15 năm và 46 % sau 20 năm [78]. Tuy nhiên, giới hạn của phương pháp này là sự khan hiếm nguồn mô hiến và nguy cơ của một số bệnh truyền nhiễm. Để khắc phục những nhược điểm này có thể áp dụng phương pháp ghép mô sụn tự thân.
Ghép sụn tự thân (autologous chondrocyte implementation – ACI) Phương pháp ghép sụn tự thân (hay còn gọi là ACI phiên bản 1) được mô tả ngắn gọn ở trong (Hình 1. Kỹ thuật này giúp khắc phục được những hạn chế khi ghép sụn đồng loài là có sẵn mô ghép và không gây ra các đáp ứng miễn dịch. Tuy nhiên, phương pháp này cũng có hạn chế là gây ra tổn thương mới cho bệnh nhân, chất lượng nuôi cấy và biệt hóa cũng như sự phì đại hay xương hóa của miếng vá màng xương ở vị trí ghép. ACI phiên bản 2 thì màng xương được thay thế bằng màng chứa collagen týp I/III.
Phương pháp cải tiến hiện nay (ACI phiên bản thứ 3) sử dụng màng hoặc giá thể đã được nuôi cấy sẵn tế bào sụn từ trước, sau đó mới tiến hành ghép mảnh ghép cho người bệnh. Phương pháp này cũng được biết đến với tên khác là ACI kết hợp với màng ghép (membrane-associated ACI – MACI). Hiệu quả của phương pháp điều trị này có kết quả khá tốt đối với người bệnh trẻ [68]. Lược đồ phương pháp ACI.
Thu nhận mô sụn lành ở vùng sụn không tỳ đè (vùng trên của lồi cầu trong xương đùi), nuôi cấy tăng sinh số lượng tế bào khoảng 10-21 ngày. Sau đó thực hiện mổ để đưa các tế bào sụn đã nuôi cấy vào vùng sụn tổn thương và được che phủ bằng màng xương (thu nhận từ màng xương ở xương chày) [21]. Chiến lược ứng dụng kỹ nghệ mô trong điều trị tổn thương sụn Nhu cầu đặt ra đối với kỹ nghệ mô sụn trở nên cần thiết khi các phương pháp điều trị truyền thống chưa hiệu quả triệt để và nhiều bệnh nhân phải chịu sự đau đớn. do tổn thương sụn khớp gây ra.
Tỷ lệ mắc bệnh viêm xương khớp cho thấy tăng theo tuổi. Thoái hóa khớp gối có triệu chứng xảy ra trong 10 - 38 % ở người lớn tuổi. Trong số những người chơi bóng đá là khoảng 19 – 29 %, vận động viên điền kinh là 14 - 21 % và những người nâng tạ là 31 % [83]. Kỹ nghệ mô sụn là một công nghệ sử dụng những tế bào qua nuôi cấy, giá thể phù hợp và các phân tử sinh học như các yếu tố tăng trưởng để nuôi và kích thích mảnh ghép mô sụn kỹ nghệ để phát triển tối ưu nhằm tạo thành mảnh ghép điều trị cho các tổn thương mô sụn.
Đây có thể được xem như là chiến lược điều trị mang tính cá thể hóa cho từng bệnh nhân theo xu hướng điều trị bệnh của quốc tế hiện nay. Kỹ nghệ mô trong sửa chữa và tái tạo mô sụn 1. Tổng quan về kỹ nghệ mô và ứng dụng kỹ nghệ mô trong tái tạo mô sụn Kỹ nghệ mô là một lĩnh vực đa ngành với sự kết hợp kiến thức và công nghệ của những lĩnh vực khác nhau như sinh học, hóa học, kỹ thuật, y học, dược và khoa học vật liệu để phát triển các liệu pháp và sản phẩm cho mục đích sửa chữa hoặc thay thế những mô và cơ quan bị tổn thương [23].