Thiết kế và cố đònh tế bào tủy xương lêøn màng
1
1.1. Công nghệ vật liệu trong y sinh học: [1], [7], [8], [21], [29] Hình 1: Tai nhân tạo, một trong những thành tựu của công nghệ vật liệu
Công nghệ vật liệu là một trong những lónh vực tiềm năng vì các cơ
quan cấy ghép lấy từ cơ thể người cho thường được cung cấp rất hạn chế.
Mỗi năm có khoảng 19.000 ca cấy ghép được thực hiện tại Mỹ và khoảng
56.000 bệnh nhân tại đất nước này cần được ghép cơ quan, thậm chí có
trường hợp một người phải chờ đợi tới 13 năm. Các ca mổ này thường rất khó
khăn và tốn kém, đòi hỏi bệnh nhân phải trải qua một chế độ nghiêm ngặt vì
hệ miễn dòch bò suy giảm. Đây là thử thách lớn trong điều trò bằng phẫu thuật
cấy ghép.
Cho đến nay, một số sản phẩm vật liệu được đưa ra thò trường, vật
liệu thay thế da, xương và sụn.
Vật liệu sinh học trong nuôi cấy mô được sử dụng để hỗ trợ, hướng
dẫn các tế bào trong các cấu trúc 2 và 3 chiều chuyên biệt. Chúng được biết
đến với thuật ngữ ECM (Extracellular matrix), ECM có cấu trúc khung bao
gồm các proteins, carbohydrates và các phân tử tín hiệu. Giàn giáo lí tưởng
làm bằng các vật liệu sinh học mang đến cho các tế bào những tín hiệu cần
thiết cho sự phát triển, biệt hóa và tương tác với nhau tạo nên các cấu trúc
mong muốn. Bên cạnh đó, chúng còn có khả năng phân hủy chậm tạo thành
các hợp chất không độc hại trong khi mô mới được hình thành và xác nhập
Thiết kế và cố đònh tế bào tủy xương lêøn màng
2
với mô của người bệnh. Hơn thế nữa, vật liệu sinh học cần phải an toàn, dễ
sử dụng với giá cả hợp lí.

Hydrogel là vật liệu tiềm năng cho các ứng dụng về công nghệ mô.
¾ Sự quang polymer hóa có thể tạo ra các khung có tính
linh động cao.
¾ Một số polymer như poly-4-hydroxybutyrate với tính
linh động cao và khả năng phân hủy sinh học được kiểm soát đã mở ra những
khả năng mới cho việc thiết kế các vật liệu sinh học.
¾ Các polymer kết hợp với protein được sản xuất dựa trên
sự phát triển của kỹ thuật gen và công nghệ vật liệu có khả năng phân hủy
sinh học và tính tương hợp sinh học cao. Sự kết hợp của các amino acid nhân
tạo có thể mang đến cho vật liệu những đặc tính rõ ràng.
1.2. Vật liệu sinh học thay thế da:
1.2.1. Giới thiệu: [1], [2], [7], [23], [24]
Da người là cơ quan phức tạp với nhiều chức năng:
¾ Điều nhiệt.
¾ Bảo vệ cơ thể chống lại sự xâm nhập của vi sinh từ bên
ngoài.
¾ Giữ ẩm.
¾ Bảo vệ cơ học và làm lành vết thương.
Thiết kế và cố đònh tế bào tủy xương lêøn màng
4
Trong suốt hơn 30 năm qua, đã có nhiều nỗ lực để phát triển các sản
phẩm giống như da cho một vài trường hợp nguy kòch. Những sản phẩm này
không những đã đáp ứng được những yêu cầu nêu trên mà còn mang nhiều
đặc điểm có lợi khác như:
¾ Tạo những đáp ứng tăng sinh từ vết thương mà không
gây ra viêm hay loại thải.
¾ Bền và đàn hồi để có chức năng bình thường và tạo vẻ
bên ngoài.
¾ Có sắc tố giống với da thật.
¾ Thích hợp cho những ca nguy cấp và dễ dàng sử dụng.

(Advanced Tissue Sciences)…

Hình 4: Sự phối hợp của vật liệu, tế bào và các chất tăng trưởng trong
việc tạo thành cơ quan nhân tạo.
Thiết kế và cố đònh tế bào tủy xương lêøn màng
6
Các sản phẩm da nhân tạo cũng được sử dụng trong các thử nghiệm
invitro như thử nghiệm độc tố, dược lí học và thẩm mó…
1.2.2. Tiêu chuẩn cho vật liệu phủ vết thương: [1]
1.2.2.1. Tính thấm ướt nền vết thương và sự bám dính:
¾ Làm ướt bề mặt vết thương.
¾ Thích ứng với bề mặt vết thương.
¾ Bám dính hóa học với nền vết thương. Tránh sự tăng
sinh của lớp hạt.
¾ Bám dính ở tất cả các vùng. Nếu không sẽ hình thành
các túi không khí nhỏ giúp cho vi khuẩn sinh sôi.
¾ Năng lượng bề mặt của mảnh ghép và nền vết thương
nhỏ hơn giao diện của không khí và nền vết thương. Nền vết thương được
làm ướt, túi không khí được thải ra.
1.2.2.2. Sự tạo lỗ của mảnh ghép:
Mảnh ghép phải thấm được và ẩm. Nhưng độ ẩm lớn sẽ phá hủy giao
diện của vết thương và mảnh ghép. Độ ẩm nhỏ thì dòch tiết bên dưới mảnh
ghép sẽ nâng nó lên khỏi tấm nền vết thương. Lượng nước tối ưu: 5
mg/cm

hydrate hoá.
C
0
: nồng độ chất dinh dưỡng tại nền vết thương.
S : số không thứ nguyên.
S=1 thì tử và mẫu cân bằng, sự sinh trûng mao quản xảy
ra, cung cấp cho tế bào cơ chất và oxi.
1.2.2.3. Độ bền của vật ghép:
Vật ghép có độ bền cao giúp cho thao tác không bò rách, phủ vết
thương trong toàn bộ chu trình lành hóa.

Thiết kế và cố đònh tế bào tủy xương lêøn màng
8
1.2.2.4. Tốc độ phân hủy sinh học:
Quá trình phân hủy sinh học gây đáp ứng viêm tối thiểu đối với vật
chủ. Ta cần tính toán, cân bằng tốc độ phân hủy vật liệu với thời gian cần
cho tái sinh tế bào.
Nếu mảnh ghép phân hủy nhanh thì vết thương không được che phủ
hiệu quả.
Nếu mảnh ghép phân hủy chậm thì sẽ hình thành sẹo và phối hợp vật
liệu vào trong vết thương.
1.2.2.5. Tính kháng nguyên:
Vật liệu thay thế da có khả năng bò loại ra và làm viêm cục bộ nếu có
tính kháng nguyên.
1.2.2.6. Cấu trúc vó mô:
Nếu không có giàn giáo (scaffold), nguyên bào sợi sẽ xắp xếp
collagen ngẫu nhiên và hình thành sẹo.
1.2.3. Phân loại các loại màng sinh học dang dược sử dụng hiện nay: [1]
1.2.3.1. Vật ghép tự nhiên:
Chủ yếu là autograft (da tự thân) và allograft (da từ người khác).

ưu là 50 µm. Lớp silastic dày 0,1 mm, có tác dụng ngăn chặn vi khuẩn trong
khi vẫn duy trì dòng nước thích hợp qua màng, cung cấp độ cứng cần thiết để
Thiết kế và cố đònh tế bào tủy xương lêøn màng
10
khâu mảnh ghép vào đúng chỗ, ngăn chặn sự di chuyển mảnh ghép trong
quá trình lành hóa vết thương. Vật liệu trên bám dính với vết thương trong
vài phút và tạo mạch mới trong 3 - 5 ngày. Hình 5: Màng 2 lớp
Màng giai đoạn 2: các tế bào đáy của da được tách, nuôi cấy và được
đưa vào trong khuôn bằng cách tiêm trực tiếp hay sử dụng lực li tâm. Tế bào
biểu bì nhanh chóng tăng sinh. Sự thay thế da chức năng đạt được ở heo sau
4 tuần, tốc độ nhiễm trùng thấp, bề mặt đồng nhất, mềm dẻo và trơn láng
tương tự da bình thường.
1.2.3.3. Các đặc tính lí tưởng của vật liệu thay thế da:
¾ Bám dính nhanh, bền lên bề mặt vết thương.
¾ Cấu trúc cho phép sự cố đònh, di chuyển, tăng sinh, tăng
trưởng của các tế bào mô mới.
¾ Không thấm các vi khuẩn ngoại sinh.
¾ Giảm sự mất nước, mất điện giải, protein.
¾ Không tạo kháng nguyên, không gây dò ứng.
¾ Có tính linh động, độ co giãn cao nhưng vẫn bảo vệ vết
thương.
¾ Không gây độc.
Thiết kế và cố đònh tế bào tủy xương lêøn màng
11
Hình 6: Màng Dermagraft
Dermagraft là một màng thay thế trung bì dẫn xuất nguyên bào sợi
người. Cấu tạo màng Dermagraft gồm nguyên bào sợi, chất nền ngoại bào và
một giàn đỡ có thể hấp thu sinh học. Các nguyên bào sợi nuôi cấy được đưa
vào giàn đỡ mạng lưới polyglactin có thể hấp thu sinh học. Các nguyên bào
sợi tăng sinh để lấp kín các kẽ hở của giàn đỡ này, sản xuất collagen trung
bì, các protein nền, các nhân tố tăng trưởng và cytokine của người.
1.2.4.3. Transcyte: Hình 7: Màng Transcyte
Thiết kế và cố đònh tế bào tủy xương lêøn màng
13
Tế bào fibroblast được phát triển trên một mạng lưới, nơi chúng phân
chia và sản xuất ra các nhân tố tăng trưởng, collagen và các protein khác để
tạo thành da người có chức năng cụ thể.
1.2.4.4. Integra: [30]
Hình 10: Màng EZ Derm
EZ Derm là một mảnh ghép da dò loại từ heo đã được biến đổi hóa
học để bảo quản.
Thiết kế và cố đònh tế bào tủy xương lêøn màng
15
Tất cả các yếu tố của trung bì từ trung bì heo gốc bò bất hoạt theo quy
trình hóa học, không giống như trung bì heo đông lạnh sẵn có. Tuy nhiên,
màng phủ này không kích thích làm lành vết bỏng.
1.2.4.7. Promogran:
Hình 11: Màng Promogran
Màng phủ collagen Promogran là màng kết hợp collagen động vật
(55%) với cellulose tái sinh được oxi hóa (oxidized regernerated cellulose –
ORC) (45%). Vai trò của cellulose là hấp thu. ORC/collagen hấp thu các
protease thừa từ bề mặt vết bỏng.
Màng phủ ORC/collagen tạo ra một môi trường collagen hấp dẫn tế
bào và kích thích tăng trưởng mô.
1.3. Nguyên liệu thiết kế màng phủ vết thương:
1.3.1. Chitosan: [1], [7], [17]

nặng, protein chống ô nhiễm môi trường.
¾ Trong nông nghiệp, chitosan dạng dung dòch được phủ
lên hạt giống, có tác dụng chống nấm mốc và kích thích nẩy mầm hạt giống
làm tăng năng suất vụ mùa. Người ta còn sử dụng chitosan làm nguyên liệu
chính để điều chế chế phẩm bảo quản hoa tươi, hoa quả đóng hộp, thòt,
trứng, làm chất điều hòa sinh trưởng cho cây, bảo quản thực phẩm, chế phẩm
phòng chống nấm bệnh thực vật….
Thiết kế và cố đònh tế bào tủy xương lêøn màng
17
¾ Trong mó phẩm, chitosan dùng làm keo xòt tóc, kem
dưỡng da, làm chất keo cảm quan trong công nghiệp in, làm vải côn, làm
tăng độ bền màu vải nhuộm trong công nghiệp dệt.
¾ Các kết quả nghiên cứu dược lý của chitosan cho thấy:
chitosan có tính tương hợp sinh học khá cao: không gây độc tính ở các mức
độ cấp, bán cấp, độc tính tại chỗ, hay toàn thân. Chúng cũng không gây ảnh
hưởng đối với trọng lượng cơ thể, trọng lượng gan, các chức năng gan, thận,
cơ quan tạo máu, các chỉ tiêu sinh hóa của máu và nứơc tiểu trong các thử
nghiệm dài hạn… nghóa là chúng có tính an toàn sinh học cao.
¾ Về tác dụng chữa bệnh, chitosan có tác dụng kháng
khuẩn và nấm, có khả năng thúc đẩy sự lành hóa vết thương. Thế nên nó
được sử dụng làm thuốc và màng sinh học trong điều trò tổn thương bỏng.
Chitosan còn dùng làm giảm lượng cholesterol trong máu, làm chỉ khâu phẫu
thuật tự tiêu, làm kính áp tròng, làm thuốc cầm máu, kích thích hệ thống
miễn dòch và làm chất mang đưa thuốc đến vùng cần trò liệu như khối u trong
điều trò ung thư.
¾ Chitin và chitosan tỏ ra thích hợp để ứng dụng trong lónh
vực dược phẩm vì chúng có tính tương hợp sinh học, thoái biến sinh học và
an toàn sinh học. Chitosan có thể dùng làm các chất phụ gia, tá dược các
loại, chất tạo màng, tạo vỏ viên nang mềm và cứng, chất mang sinh học dẫn
thuốc….

Hình 14: Thành phần axit amin của collagen và gelatin
Gelatin không tan trong nước lạnh nhưng dễ hòa tan trong nước ấm.
Khi thêm nước lạnh, những hạt gelatin trương phồng, tăng đến 5 – 10 lần
trọng lượng trong nước. Khi tăng nhiệt độ lên 40
o
C, những hạt gelatin này
hòa tan để tạo thành dung dòch. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ hòa tan của
gelatin là nhiệt độ, nồng độ và kích thước hạt.
Collagen thể hiện tính kháng nguyên ở điều kiện sinh lí khi sử dụng
trong sinh y. Gelatin được sử dụng nhiều trong các ứng dụng sinh y, đặc biệt
ứng dụng làm màng phủ vết thương, nhờ một số ưu điểm: không có tính
kháng nguyên, hoạt hóa đại thực bào, hiệu quả cầm máu cao, có thể được
hấp thu hoàn toàn invivo.
1.3.3. Axit Hyaluronic: [13], [14]
Axit hyaluronic, hay còn gọi là hyaluronan (HA), là một trong số các
polysaccharide nhầy có trọng lượng phân tử cao tồn tại với số lượng lớn ở
huyết thanh, mào gà, da cá mập và sụn cá voi.
HA có cấu tạo của một glucoaminoglycan, gồm một mạch không phân
nhánh chứa các chuỗi β-(1,4)-glucoronic acid và β-(1,3)-N-
Thiết kế và cố đònh tế bào tủy xương lêøn màng
20
acetylglucosamine sắp xếp một cách tuần tự tạo thành một dimer, mỗi dimer
như vậy có khối lượng là 450 dalton. Một phân tử HA có khoảng từ 1000
dimer như vậy. Protein gắn với HA (HABP) liên kết với HA bằng nối H

phẫu bệnh đục nhân mắt, là thuốc chữa bệnh viêm khớp (dạng tiêm), giảm
thò lực…
ỨNG DỤNG:
HA-protein:
Khuôn xốp được tạo thành từ gelatin và hyaluronan bằng cách nhúng
hỗn hợp gelatin, hyaluronan vào hỗn hợp aceton:nước theo tỉ lệ 9:1 cùng với
một lượng nhỏ carbodiimide (EDC) để tạo liên kết chéo. Vật liệu xốp được
hình thành để phủ vết thương hoặc làm khuôn cho những ứng dụng nuôi cấy
mô. Khi được tẩm với sulfadiazine bạc, vật liệu trên có tác dụng làm lành
vết thương ở chuột [14].
Vật liệu được làm từ collagen và hyaluronan bằng cách kết hợp các
thành phần trên trong dung dòch axit acetic loãng. Sau đó tạo liên kết chéo
Thiết kế và cố đònh tế bào tủy xương lêøn màng
22
với glyoxal hay periodate-oxidized dialdehyde. Vật liệu này kháng được
collagenase và cho phép tế bào fibroblast phát triển [14].
Bên cạnh đó, vật liệu làm từ hydroxyapatite-collagen-hyaluronan
được tạo thành bằng cách thêm hydroxyapatite vào dung dòch hyaluronan.
Sau đó, trộn với các sợi collagen. Vật liệu sau cùng có 90% hydroxyapatite,
9,2% collagen và 0,8% hyaluronan có tính tương hợp sinh học cao, được sử
dụng để điều trò các tổn thương ở xương [14].
Hyaluronan-chitosan
Hỗn hợp hyaluronan và chitosan glutamate được tạo thành có độ nhớt
cao, có khả năng mang và thải gentamycin. Đây là sự kết hợp giữa khả năng
bám dính tốt của hyaluronan với hiệu quả xâm nhập mạnh mẽ của chitosan.
Phức hợp này được tạo thành ngay trong môi trường axit và bền vững với
một khoảng pH rộng. Hỗn hợp cũng cho thấy khả năng bám dính, tăng sinh
tế bào và làm lành vết thương [14].
1.3.4. EDC [1–ethyl–3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide]: [3]
Trong khi thiết kế màng phủ sinh học, các tác nhân khâu mạch có vai

Các lỗ được tạo ra đầu tiên bằng đông tụ huyền phù loãng sợi
collagen và sau đó thăng hoa tinh thể nước đá bằng cách phơi bày huyền
phù với chân không ở nhiệt độ thấp. Cấu trúc lỗ cuối cùng là mô hình âm
tính của mạng lưới tinh thể nước đá, kích thước của lỗ giảm khi nhiệt độ
đông giảm.

Thiết kế và cố đònh tế bào tủy xương lêøn màng
24
1.4. Tế bào mầm của tủy xương: [6], [33]

Hình 17: Tế bào mầm của tủy xương quan sát dưới kính hiển vi
Một quần thể tế bào trong tủy xương chòu trách nhiệm trong việc hình
thành tất cả các dạng tế bào máu khác nhau trong cơ thể là những tế bào
mầm của mô tạo máu (HSC: hepatopoietic stem cell). HSC đã được nhận
diện từ hơn 40 năm nay. Ngoài ra, một quần thể tế bào khác trong tủy xương
là quần thể tế bào nền của tủy xương (Bone marrow stromal cell). Những tế
bào nền trong tủy xương là một hỗn hợp các quần thể tế bào có thể sản sinh
ra xương, sụn, mỡ, mô liên kết dạng sợi và hệ thống mạng lưới hỗ trợ cho sự
hình thành những tế bào máu. Những tế bào mầm trung mô của tủy xương
(MSC: Mesenchymal stem cell) cũng có thể tạo ra những mô này và tạo
thành cùng một quần thể tế bào như những tế bào nền tủy xương. Gần đây,
một quần thể những nguyên bào đònh hướng biệt hóa thành những tế bào nội
mạc, một loại tế bào nằm lót trong mạch máu và được phân lập từ vòng tuần
hoàn máu, được nhận biết là có nguồn gốc từ tủy xương. Dù rằng những
nguyên bào nội mạc giống với những nguyên bào mạch, loại tế bào tạo thành
mạch máu trong quá trình phát triển của phôi, nhưng việc chúng có đại diện
cho một quần thể tế bào mầm của tủy xương ở cá thể trưởng thành thật hay
không vẫn còn là điều không chắc chắn. Do đó, tủy xương dường như có
Thiết kế và cố đònh tế bào tủy xương lêøn màng
25