VẬT LIỆU SINH HỌC TÍNH TƯƠNG HỢP SINH HỌC BIOMATERIALS BIOCOMPATIBILITY NGND, GS TS BS Hoàng Tử Hùng TS BS Hòang Đạo Bảo Trâm tuhung.hoang@gmail.com www.hoangtuhung.com MỘT SỐ ĐỊNH NGHĨA • Khoa học vật liệu (Materials Science /~ Engineering): Là khoa học ứng d ụng, nghiên cứu mốí quan hệ thành phần, cấu trúc, tính chất vật liệu để sử dụng thích hợp, cải thiện tính chất vật liệu tạo vật liệu mới* Khoa học vật liệu lý giải thành phần đặc tính thực nghiệm khảo sát cấu trúc bên vật liệu Khoa học vật liệu lĩnh vực liên ngành (interdiscipline), kết hợp hóa học, vật lý công nghệ, khoa học riêng biệt** * Arzamaxov, B.N ** Gladwin, M., Bagby, M www.hoangtuhung.com COMPOSITE KIM LOẠI Bán dẫn Polymer dẫn điện Siêu dẫn HỮU CƠPOLYMER VÔ CƠCERAMIC www.hoangtuhung.com Silicon, silicone MỘT SỐ KHÁI NIỆM Thiết bị y tế (medical devices) Là dụng cụ, khí cụ, phương tiện, thiết bị, vật cấy ghép, thuốc thử định chuẩn in vitro, phần mềm, nhà sản xuất chế tạo dành riêng để dùng cách đơn độc kết hợp người với nhiều mục đích sau: - Chẩn đốn, dự phòng, theo dõi, điều trị làm giảm bệnh, - Chẩn đoán, theo dõi, điều trị, làm giảm bù đắp thương tổn, (tiếp…) www.hoangtuhung.com - Nghiên cứu, thay thế, thay đổi nâng đỡ cấu trúc giải phẫu trình sinh lý, - Hỗ trợ nâng đỡ sống, - Kiểm soát thụ thai, - Khử nhiễm thiết bị y tế, - Cung cấp thơng tin cho mục đích y khoa xét nghiệm in vitro mẫu lấy từ thể người, Thiết bị y tế khơng đạt mục đích chun biệt ban đầu thể người phương cách dược lý, miễn dịch chuyển hóa hỗ trợ phương cách ISO 10993-1:2009(E) www.hoangtuhung.com MỘT SỐ KHÁI NIỆM Sinh phẩm y tế (biopharmaceutical products): sản phẩm dùng chẩn đoán (in vivo), điều trị, dự phịng, chế tạo cơng nghệ sinh học Vật liệu sinh học (biomaterials): Là chất, bề mặt cấu trúc có tác động qua lại với hệ thống sinh vật Nguồn gốc: tự nhiên, tổng hợp *Trong này, khái niệm vật liệu sinh học hiểu theo định nghĩa sau www.hoangtuhung.com VẬT LIỆU SINH HỌC Định nghĩa Vật liệu sinh học vật liệu không sống, sử dụng trong/như thiết bị y tế, với mục đích điều trị khơng, có tác động qua lại với hệ sinh học D.F.Wiliams: Definition in Biomaterials, proceedings, consensus conference of the European Society for Biomaterials, England, 1986 Vật liệu sinh học (những) chất (không phải thuốc) chế tạo thành cấu trúc dùng điều trị, bổ sung, thay đổi thay phần mô, quan, chức thể www.hoangtuhung.com Nhiều vật liệu sinh học dùng chấn thương chỉnh hình, phận tim mạch nhân tạo, thẩm mỹ, nhãn khoa, nha khoa… Vật liệu sinh học tiếp xúc với nhiều mô khác thể, Có mơi trường vật chủ đặc biệt phức tạp: Sự diện vi khuẩn, tính ăn mịn dịch sinh học yếu tố lý-hóa-cơ học khác Các đặc điểm đóng vai trị quan trọng việc chế tạo sử dụng vật liệu phải đạt yêu cầu đ/v vật liệu sinh học, có tính tương hợp sinh học, www.hoangtuhung.com Vấn đề (1) • Trơ (inert)? • Độc tính (toxicity)? • Tính tương hợp sinh học (biocompatibility)? Đánh giá tính tương hợp sinh học? www.hoangtuhung.com MỘT SỐ KHÁI NIỆM Trơ: không hoạt động khơng có tác động khơng có tác động dược lý điều trị khơng tham gia phản ứng (hóa học) Độc, độc tính: Là mức độ gây hại chất sinh vật cấu trúc sinh vật (đối với tế bào, quan…) www.hoangtuhung.com Phân loại vật liệu sinh học Theo chất tiếp xúc: – có tiếp xúc bề mặt – có liên hệ với bên ngồi – cấy ghép… Theo chất hóa học: kim loại – hữu – vô – composite – Theo thời gian tiếp xúc*: ngắn < 24 dài < 30 ngày www.hoangtuhung.com vĩnh viễn > 30 ngày Tương hợp sinh học đánh giá tính tương hợp sinh học • Trước 1970, thuật ngữ độc tính (toxicity) sử dụng nhiều xét tính an toàn vật liệu, niệm tương hợp sinh học chưa thơng dụng • Tương hợp sinh học “hịa hợp với sống (harmonious with life) không gây độc thương tổn đến chức sinh học” (Dorland’s Illustrated Medical Dictionary) • Tương hợp sinh học đánh giá theo: - độc tính chỗ (Td: phản ứng da niêm mạc) - phản ứng toàn thân, gây dị ứng, sinh ung thư www.hoangtuhung.com Tương hợp sinh học đánh giá tính tương hợp sinh học • Trước đây, tương hợp sinh học cho đồng nghĩa với tính trơ khơng độc vật liệu Quan niệm bỏ qua: –Đáp ứng vật chủ –Sự thoái biến vật liệu –Tương tác vật liệu Trong môi trường vật chủ www.hoangtuhung.com THỬ NGHIỆM ĐÁNH GIÁ TÍNH TƯƠNG HỢP SINH HỌC • Mục đích thử nghiệm: nhằm phát tiềm gây hại hay hủy hoại vật liệu, hay thành phần vật liệu, mô quan thể • Các thử nghiệm tương hợp sinh học (THSH) phân thành mức www.hoangtuhung.com THỬ NGHIỆM ĐÁNH GIÁ TÍNH TƯƠNG HỢP SINH HỌC • Mức 1: Thử nghiệm độc tính sơ bộ: – Đối với tế bào – Đối với gen • Mức 2: Thử nghiệm độc tính đường tịan thân: – Hơ hấp, da… – Thử nghiệm cấy in vivo • Mức 3: Thử nghiệm tiền lâm sàng www.hoangtuhung.com Nhóm I: Thử nghiệm cấp Thử nghiệm sơ bộ: Đánh giá độc tính tế bào vật liệu (ở trạng thái nguyên thủy trùng hợp…) – Đặt trực tiếp lên đám tế bào nuôi cấy, hay – Gián tiếp qua màng phủ đám tế bào nuôi cấy, thấm qua rào cản (thí dụ đĩa ngà răng)* * Màng phủ thường tạo để mô màng mà vật liệu tác động www.hoangtuhung.com Nhóm I: Thử nghiệm cấp Thử nghiệm độc tính gen: Sử dụng tế bào động vật có vú lồi khác (vi khuẩn, men bia, nấm…) để xác định: – Sự nhân gen, – Thay đổi cấu trúc nhiễm sắc thể, – Thay đổi gen deoxyribonucleic acid (DNA) Gây vật liệu, thiết bị, hay chiết xuất vật liệu (AAMI* Standard, 1994) *AAMI: Association for the Advancement of Medical Instrumentaion www.hoangtuhung.com Nhóm II: Thử nghiệm cấp hai Đánh giá tiềm gây độc loạt thử nghiệm: – – – – Đường tồn thân, Đường hơ hấp, Nhạy cảm kích ứng da, Phản ứng ni cấy • Thử nghiệm LD50: mẫu vật liệu sử dụng hàng ngày chuột 14 ngày (qua đường miệng trộn vào thức ăn): số chuột sống sót phải đạt từ 50% trở lên (Người ta cố gắng để giảm việc sử dụng động vật thí nghiệm) www.hoangtuhung.com LD: lethal dose: liều làm chết 50% cá thể sau thời gian thử nghiệm Nhóm II: Thử nghiệm cấp hai • Thử nghiệm độc tính với da: vật liệu gây kích ứng hay nhạy cảm/dị ứng Đối với người nhạy cảm, kích ứng xảy lần tiếp xúc đầu tiên, gây phản ứng viêm Khi vật liệu, sản phẩm, hay thành phần có tính độc, cần thay thế, pha lỗng, trung hịa, biến đổi nhằm giảm nguy gây độc Cần phân biệt kích ứng nhạy cảm: – Kích ứng (irritation) tượng viêm mà khơng có tham gia kháng thể hay hệ thống miễn dịch, – Nhạy cảm (sensitization) phản ứng viêm có tham gia kháng thể đặc hiệu với dị nguyên vật liệu www.hoangtuhung.com Nhóm II: Thử nghiệm cấp hai Thử độc tính theo đường hơ hấp: Đặt đầu nửa thân vật thí nghiệm (thường thực chuột, thỏ, chuột lang) buồng, xịt vật liệu dạng khí Mỗi 30 phút lại xịt khí 30 giây Sau 10 lần liên tiếp, quan sát vật ngày: – Nếu không chết, chất thử coi không nguy hiểm với người (Stanley, 1985) – Nếu có vật chết vịng đến phút: chất thử xem độc www.hoangtuhung.com Nhóm II: Thử nghiệm cấp hai Thử nghiệm cấy (implantation tests) Thử nghiệm cấy in vivo nhằm đánh giá đặc tính lý học sản phẩm: hình dạng, mật độ, đặc tính bề mặt…(các yếu tố ảnh hưởng đến đặc điểm phản ứng mô) – Động vật thử chọn tùy theo kích thước mẫu thử khoảng thời gian dự định thử nghiệm: – thử nghiệm ngắn hạn (≤ 12 tuần) da cơ: thường dùng chuột thỏ – thử nghiệm dài hạn (≥ 12 tuần) xương, thường dùng động vật có đời sống tương đối dài thỏ, chó, dê, động vật linh trưởng www.hoangtuhung.com – Chú ý giảm cỡ mẫu để bảo vệ động vật Nhóm III: Thử nghiệm tiền lâm sàng Sau trải qua thử nghiệm cấp cấp hai thành công, sản phẩm coi không gây hại người • Đối với thuốc, FDA* quan tâm việc kiểm soát thử nghiệm hiệu việc sử dụng thuốc** • Đối với nhiều vật liệu, nhà sản xuất cần qua năm sau sản phẩm bán thị trường chứng nhận hiệu *US Food and Drug Administration - FDA **Ở nước ta, Bộ Y tế có qui chế việc www.hoangtuhung.com ... www.hoangtuhung.com Tương hợp sinh học đánh giá tính tương hợp sinh học • Trước đây, tương hợp sinh học cho đồng nghĩa với tính trơ khơng độc vật liệu Quan niệm bỏ qua: –Đáp ứng vật chủ –Sự thoái biến vật liệu. .. hệ thống sinh vật Nguồn gốc: tự nhiên, tổng hợp *Trong này, khái niệm vật liệu sinh học hiểu theo định nghĩa sau www.hoangtuhung.com VẬT LIỆU SINH HỌC Định nghĩa Vật liệu sinh học vật liệu không... khuẩn, tính ăn mịn dịch sinh học yếu tố lý-hóa-cơ học khác Các đặc điểm đóng vai trị quan trọng việc chế tạo sử dụng vật liệu phải đạt yêu cầu đ/v vật liệu sinh học, có tính tương hợp sinh học,